1 Лекция 15 Рентгеновское излучение, радиоактивность Взаимодействие

к.т.н., доцент Якимов А.Н.
Кафедра медицинской и биологической физики, медицинской информатики,

биостатистики
ГУ «Луганский государственный медицинский университет»

применяются и для диагностики, и для лечения заболеваний. Также находят

применение в физике, химии, биологии, технике, криминалистике и искусствоведении.
Открытие рентгеновских лучей датируется 8 ноября 1895. В этот день Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923) сделал открытие, которое принесло ему всемирную славу.
Он обнаружил невидимое излучение, беспрепятственно проходящее через картон и другие материалы.
Значение этого открытия подтверждено в январе 1896, когда в честь ученого было названо недавно обнаруженное излучение.

10‑5 до 80 нм. Возникает при взаимодействии электронов, движущихся с большими

скоростями, с веществом. Когда электроны соударяются с атомами какого-либо вещества, они быстро теряют свою кинетическую энергию, большая ее часть переходит в тепло, а меньшая (1%), преобразуется в энергию рентгеновского излучения, она высвобождается в форме квантов. Рентгеновские фотоны различаются своей энергией, обратно пропорциональной их длине волны. При обычном способе получения рентгеновского излучения получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром. В спектре присутствуют ярко выраженные компоненты.
Рентгеновское излучение получают в рентгеновских трубках. eU=hn ‑ закон сохранения энергии для рентгеновского излучения. hn– энергия рентгеновского излучения (h– постоянная планка, n – частота), eU – энергия электрона, е – заряд электрона, U – электрическое напряжение на трубке.

электроды: катод и анод. Электроны из разогретого катода и под

действием разности потенциалов между анодом и катодом, соответствующей анодному напряжению, попадают на анод. Энергия таких электронов одинакова, численно равна величине анодного напряжения и выражается в электрон-вольтах. Например, если анодное напряжение равно 70 кВ (киловольт), то все электроны, попадающие на анод будут иметь энергию Е = еU = 70 кэВ (килоэлектрон-вольт). В результате торможения электронов в металле анода происходит генерация рентгеновских квантов с энергией от 0 до 70 кэВ. Распределение квантов по энергии (спектр излучения) зависит от анодного напряжения и от материала анода
Различают диагностические, терапевтические, дефектоскопические трубки, а также для рентгеновского анализа. По способу получения свободных электронов различают ионные и электронные рентгеновские трубки.

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

и использования рентгеновского излучения в технических и медицинских целях. Медицинские

рентгеновские аппараты в зависимости от назначения разделяют на диагностические и терапевтические. По условиям эксплуатации, рентгеновские аппараты подразделяют на стационарные, передвижные и переносные. Диапазон напряжений и тока рентгеновских аппаратах в зависимости от их назначения приводится в таблице.

излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов (характеристическое

излучение).
Обычный рентгеновский спектр состоит из непрерывного спектра (континуума) и характеристических линий (острые пики).

электрического поля ядер, они меняют направление движения. При этом испускается

тормозное рентгеновское излучение (фотоны).

с электроном в металле анода, который находится на нижнем уровне
Если

есть достаточная энергия, электрон выбивается из атома
Вакансия, образованная потерянным электроном, заполняется электроном, попадающим на вакансию из более высокого энергетического уровня
Переход сопровождается эмиссией фотона, энергия которого равна разности между этими двумя уровнями

электроном, переходящим с L уровня на K уровень
Из этого графика,

Мозли мог определить Z значения прочих элементов и получить периодическую систему элементов, отлично согласующуюся с их известными химическими свойствами

Пациент находится между источником рентгеновского излучения и плоским экраном из

люминофора (обычно иодида цезия), который под действием рентгеновского излучения светится. Биологические ткани той или иной степени плотности создают тени рентгеновского излучения, имеющие разную степень интенсивности. Врач-рентгенолог исследует теневое изображение на люминесцентном экране и ставит диагноз. Имеются разнообразные системы, усиливающие изображение, выводящие его на телевизионный экран или записывающие данные в памяти компьютера.
Рентгенография. Запись рентгеновского изображения непосредственно на фотопленке называется рентгенографией. В этом случае исследуемый орган располагается между источником рентгеновского излучения и фотопленкой, которая фиксирует информацию о состоянии органа в данный момент времени. Повторная рентгенография дает возможность судить о его дальнейшей эволюции. Рентгенография позволяет весьма точно исследовать целостность костных тканей, которые состоят в основном из кальция и непрозрачны для рентгеновского излучения, а также разрывы мышечных тканей. С ее помощью лучше, чем стетоскопом или прослушиванием, анализируется состояние легких при воспалении, туберкулезе или наличии жидкости. При помощи рентгенографии определяются размер и форма сердца, а также динамика его изменений у пациентов, страдающих сердечными заболеваниями.

полости отдельных органов становятся видимыми, если их заполнить контрастным веществом,

безвредным для организма, но позволяющим визуализировать внутренние органы. Контрастные вещества пациент принимает внутрь (бариевые соли при исследовании желудочно-кишечного тракта), либо они вводятся внутривенно (иодсодержащие растворы при исследовании почек и мочевыводящих путей). Эти методы вытесняются методами диагностики с применением радиоактивных атомов и ультразвука.
Компьютерная томография. В 1970-х годах был развит новый метод рентгеновской диагностики, основанный на полной съемке тела или его частей. Изображения тонких слоев ("срезов") обрабатываются компьютером, и окончательное изображение выводится на экран монитора. Такой метод называется компьютерной рентгеновской томографией. Он широко применяется в современной медицине для диагностики инфильтратов, опухолей и других нарушений мозга, а также для диагностики заболеваний мягких тканей внутри тела. Эта методика не требует введения инородных контрастных веществ и потому является быстрой и более эффективной, чем традиционные методики.

3 — дополнительный силовой шкаф; 4 — поворотный стол-штатив; 5

— штатив для снимков; 6 — стол для снимков; 7 — стенка для снимков.

с помощью кинокамеры на пленку разного размера: 16, 35 мм

и др. Используется в основном для изучения быстро совершающихся динамических процессов, при контрастном исследовании полостей сердца, сосудов и других функционирующих органов. Снимки делают с различной скоростью. Данный метод позволяет видеть и фиксировать картину и работу органа одновременно; главная ценность этого метода — возможность повторить увиденную картину перед любой аудиторией.
Рентгенотелевидение — метод, позволяющий при помощи специальных устройств воспроизводить рентгеновское изображение на экране телевизора. Оптическое изображение объекта с экрана ЭОУ при помощи передающей телевизионной трубки преобразуется в электрический импульс, который по линии связи поступает в кинескоп (приемное устройство) телевизора. Телеэкран может располагаться на любом расстоянии от рентгеноаппарата, поэтому врач может находиться в другом помещении и проводить рентгеноскопию при обычном освещении. Возможно менять контрастность изображения и яркость свечения экрана в широких пределах. Этот метод исследования весьма ценен при рентген-операционных контрастных исследованиях (РОКИ): зондированиях сердца, кровеносных сосудов, ангиокардиографии, вазографии, других рентгенофункциональных исследованиях и при рентгенохирургических операциях. Запись изображения осуществляется фото- или видеорегистрацией с телеэкрана.

телевизионная камера; 4 — телевизионный экран; а — рентгеновское излучение;

б — видимый свет; в — поток электронов; г — электрические сигналы.

соединений урана
Резерфорд показал, что у радиации три типа
Альфа (ядро He)
Бета

(электроны)
Гамма (высокоэнергетические фотоны)
1911 Резерфорд, Гейгер и Марсден выполнили эксперименты по рассеиванию
установлена природа дефекта массы ядра
ядерная сила признана новым типом силы
1919 Резерфорд и коллеги сначала наблюдали ядерные реакции, в которых естественные альфа-частицы бомбардировали ядра азота, производя кислород
1932 Коккрофт и Уолтон впервые использовали искусственно ускоренные протоны для ядерных реакций
1932 Чедвик обнаружил нейтрон
1933 Кюри обнаружил искусственную радиоактивность
1938 Хэн и Стрессмен обнаружили деление ядер
1942 Ферми разработал первый реактор для управляемого ядерного деления

обычный водород только с протоном
Атомное число, Z, равно числу протонов

в ядре
Нейтронное число, N, является числом нейтронов в ядре
Массовое число, A, является числом нуклонов в ядре
A = Z + N
Нуклон - общий термин, относится к протону или к нейтрону. Массовое число не то же самое, что масса
Пример:
Массовое число равняется 27, атомное число равняется 13, содержит 13 протонов. Содержит 14 (27 – 13) нейтронов.

где X – обозначение
химического элемента

= 1.60217733 x 10-19 Кл)
У протона есть единственный положительный заряд,

+e
Таким образом заряд ядра равен Зе
Нейтрон заряда не имеет, что затрудняет его обнаружение
МАССА:
Удобно использовать единицы атомной массы, u, массы
1u = 1.660559 x 10-27 кг
Основано на том, что масса одного атома C12 – в точности 12u
В физике элементарных частиц в эВ (и производных единицах) обычно выражается не только энергия, но и масса элементарных частиц, исходя из эквивалентности массы и энергии: Е = mc² (или m = E/c²), где c — скорость света.1 u = 931.494 MэВ/c2

должны заставить ядро разбиваться
Ядра устойчивы из-за присутствия другой силы малой

дальности, названной атомной силой
Это сила притяжения, которая действует между всеми частицами ядра
Ядерная сила притяжения больше, чем отталкивающая сила Кулона на близких расстояниях в ядре

наиболее стабильны, если N > Z
При увеличении числа протонов, растет

сила Кулона и, таким образом, больше нуклеонов необходимо, чтобы сохранять стабильность ядра
Никакие ядра не устойчивы когда Z > 83

могут содержать переменное число нейтронов
У изотопов элемента то же самое

Z, но отличаются N и А

Пример:

нуклонов
Эта разность энергий называется энергией связи ядра
Она может считаться количеством

энергии, которую нужно передать ядру, чтобы разбить его на отдельные протоны и нейтроны

Энергия связи на нуклон

на нуклон
Кривая достигает максимума при А = 60
Ядра с массовыми

числами, больше или меньше чем 60 так сильно не связаны как те, что возле середины периодической таблицы
Кривая плавно изменяется при A>40
Это предполагает, насыщение ядерной силы
Отдельный нуклон может взаимодействовать с ограниченным числом других нуклонов

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ

элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучения
Эксперименты показали, что радиоактивность

- результат распада или разделения нестабильных ядер
Возможны три типа излучения
Альфа-частицы
Частицы ядра 4He
Бета-частицы
Частицы - или электроны или позитроны
Позитрон - античастица электрона, подобная электрону кроме заряда, +e
Гамма-лучи
Гамма-лучи - высокоэнергетические фотоны

бы отклонен вверх
РАДИОАКТИВНОСТЬ

через несколько мм алюминия
Гамма-лучи способны проникать через несколько см свинца

числу атомов в образце.


λ - константа распада, определяющая его скорость
Скорость

или активность распада образца, R, определяется числом распадов за секунду

характеристика — период полураспада
Период полураспада равен времени, в течение которого

число радиоактивных атомов или активность образца уменьшаются в 2 раза

КРИВАЯ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

3.7 x 1010 распадов в секунду

В системе СИ - Беккерель,

Бк
1 Бк = 1 распад в секунду
Т.е., 1 Ки = 3.7 x 1010 Бк

Наиболее часто используют мКи и мкКи

или превращением
Сумма массовых чисел, A, должна быть равной в обеих

частях уравнения
Сумма атомных чисел, Z, должна быть равной в обеих частях уравнения
Сохранение массы, энергии и импульса должно соблюдаться

и два нейтрона
N уменьшается на 2
Z уменьшается на 2
А уменьшается

на 4
Символически



X называют материнским ядром
Y называют дочерним ядром

двух частиц равны и противоположны по направлению


АЛЬФА – РАСПАД

то же самое число нуклонов как у материнского, но атомное

число - меньше
Кроме того, ядром испускается электрон (позитрон)
Ядро содержит протоны и нейтроны
Процесс происходит, когда нейтрон превращается в протон и электрон
Энергия сохраняется

кинетическую энергию электрона
Эксперименты показали, что у немногих электронов была эта

величина кинетической энергии
Чтобы учесть эту “недостающую” энергию, в 1930 Паули предположил существование другой частицы
Энрико Ферми позже назвал эту частицу "нейтрино"
Свойства нейтрино
Нулевой электрический заряд
Масса, намного меньшая, чем электрон, но, вероятно, не нулевая
Спин ½
Очень слабое взаимодействие с веществом

БЕТА – РАСПАД

при бета-распаде, испускаются пары частиц
электрон и антинейтрино
позитрон и нейтрино
БЕТА –

РАСПАД

с меньшей энергией (радиационный переход).
Подобно процессу электронных переходов на низшие

энергетические уровни и испусканию фотонов
Возбужденные состояния ядра - результат переходов протонов или нейтронов
Возбужденные состояния ядра могут быть результатом сильного столкновения или, более вероятно, альфа- или бета-излучения
Пример последовательности распада
Первый распад – бета-излучение
Второй шаг - гамма-излучение






C* указывает, что ядро углерода находится в возбужденном состоянии
Гамма-излучение не изменяет ни A, ни Z

датировки органические образцы
Используется соотношение 14C к 12C
ДЕТЕКТОРЫ ДЫМА
Детекторы дыма ионизационного

типа содержат источник радиации для ионизации воздуха в палате
Напряжение и ток сохраняются
Когда дым поступает в палату, уменьшается ток и издается звуковой сигнал
ЗАГРЯЗНЕНИЕ РАДОНОМ
Радон - инертный, газообразный элемент, связанный с распадом радия
Присутствует в урановых рудниках и в определенных типах камня, кирпичей, и т.д. которые могут использоваться при строительстве
Также может выходить из земли

лаборатории посредством ядерных реакций
Источники искусственной радиоактивности
Существуют три типа естественной радиоактивности
Уран
Актиний
Торий

частицей и электронами и ядрами вещества. Тип взаимодействия и его

эффект зависит не только от типа излучения (α, β, γ, рентген), но также и от энергии частицы. Такое взаимодействие может быть представлено в виде столкновения с электронами, расположенными вокруг ядер атома вещества, в результате которого энергия излучения полностью, или частично или не передана электронам вещества. В зависимости от количества энергии электрон может перейти в более высокое энергетическое состояние (возбуждение) или лишиться атомной связи (ионизация). Именно из-за этой способности образовывать ионы термин ионизирующее излучение получил свое название.

ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ВЕЩЕСТВО

вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в

одном акте взаимодействия тяжелой частицей, движущейся со скоростью v<<с, неподвижному электрону, равна Емакс= 2mev2.
Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию. Тормозная способность вещества может быть охарактеризована величиной удельных потерь dE/dx. Удельные ионизационные потери представляют собой отношение энергии Е заряженной частицы, теряемой на ионизацию среды при прохождении отрезка х, к длине этого отрезка. Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы и особенно резко перед остановкой в веществе (пик Брэгга). Этот эффект используется в терапии рака, где очень важно обеспечить максимальное выделение энергии в глубоко расположенной опухоли, причиняя при этом минимальный вред окружающей здоровой ткани.

ДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ЧАСТИЦ НА ВЕЩЕСТВО

с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего

первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжелой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм) или длины, умноженной на плотность (г/см2).

400 МэВ от глубины проникновения протонов в слой вещества. Численные

значения над кривой - энергия протона (в МэВ) на различной глубине проникновения. В конце пробега - пик Брэгга.

ДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ЧАСТИЦ НА ВЕЩЕСТВО

заряженных частиц. Главная причина - малые массы покоя электрона и

позитрона. Это приводит к относительно большому изменению импульса при каждом столкновении, что вызывает заметное изменение направления движения электрона или позитрона и как результат - электромагнитное радиационное излучение.
Ионизационные потери электронов преобладают в области относительно небольших энергий. С ростом энергии электрона Е растут радиационные потери. Отношение (К) удельных радиационных и ионизационных потерь энергии определяется зависимостью К=(dЕ/dх)рад/(dE/dx)иониз=1.26·10-3 ZE,
где Е выражается в МэВ, Z - средний заряд ядер атомов среды.
Энергия электронов Екрит, при которой величина удельных радиационных потерь равна величине удельных ионизационных потерь - называется критической.
Различают четыре процесса взаимодействия:
упругие соударения
неупругие соударения
тормозное излучение
радиация Черенкова (не входит в курс)

ДЕЙСТВИЕ БЕТА-ЧАСТИЦ НА ВЕЩЕСТВО

связанным электроном, но не передает энергию, а изменяет направление движения.

При неупругом столкновении электронам материала передается энергия. В зависимости от энергии β-частицы, такое неупругое столкновение обычно приводит к ионизации. Однако, если испущенная энергия не достаточно большая, чтобы освободить электрон из атома, возбужденный атом распадается к стандартному состоянию эмиссией рентгеновских лучей. Если переданная энергия достаточно большая, электрон выбивается из вещества, что, в свою очередь, вызывает 'вторичные' возбуждения и ионизации.
Когда β-частицы проходят очень близко к ядру атома, они отклоняются. Этот тип взаимодействия имеет место у β-частиц с энергией выше, чем 1 MэВ, у которых часть кинетической энергии может быть преобразована в излучение фотона, так называемое тормозное излучение.

фотоэлектрическое поглощение
поглощение и рассеивание Комптона
производство пары и аннигиляция

РАССЕИВАНИЕ

РЭЛЕЯ
Рассеивание Рэлея, происходит заметно только при излучении фотона с низкой энергией. Этот процесс может рассматриваться как взаимодействие фотона с атомом в целом. С этим энергия почти не передается атому. Фотон только изменяет направление движения.

ДЕЙСТВИЕ ФОТОНОВ

(фотоэлектрону), который впоследствии выбивается из атома (ионизация). Кинетическая энергия, которую

получает электрон, равняется энергии фотона за вычетом энергии связи исходного электрона.

φ - угол испускания фотоэлектрона

энергии передается от входящего фотона электрону. Освобожденный электрон, который называют

электроном Комптона (электрон отдачи), достигает определенной скорости, которая зависит от переданной энергии. Остальная часть энергии остается у фотон с более низкой энергией, движущегося в другом направлении и поэтому названа "рассеянным фотоном". Из-за более низкой энергии у рассеянного фотона более длинная длина волны, чем у исходного.

φ - угол испускания электрона Комптона θ - угол испускания фотона

может произойти образование пар, как альтернатива эффекту Комптона. Когда такой

высокоэнергетичный фотон близко подходит к ядру, преобразование энергии в массу может произойти из-за электрического поля ядра. Фотон преовращается в электрон и позитрон с той же самой массой, но противоположным зарядом. Если энергия фотона - например, 2 МэВ, 2×0.511 = 1.022 МэВ переходят к паре электрон-позитрон, и остаток (0.978 МэВ) разделяется на кинетические энергии электрона и позитрона. В этом процессе, в котором оригинальный фотон исчезает полностью, излишек импульса передается ядру.

с прохождением ионизирующего излучения в газах;
полупроводниковый, в котором газ

заменен твердым телом; сцинтиляционный;
люминесцентный;
фотографический.
Эти методы положены в основу работы дозиметров. Среди газонаполненных датчиков ионизирующего излучения можно отметить ионизационные камеры, камеры деления, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера. Последние относительно просты, наиболее дешевы, некритичны к условиям работы и получили наибольшее распространение в бытовых детекторах-индикаторах радиоактивности.

уровня ионизирующего излучения.
Измерение уровня излучения происходит путём измерения уровня ионизации

газа в рабочем объёме камеры, который находится между двумя электродами. Между электродами создаётся разность потенциалов. При наличии ионов в газе между электродами возникает ионный ток, который может быть измерен. Ток при прочих равных условиях пропорционален скорости возникновения ионов и, соответственно, мощности дозы облучения.
Газ, которым заполняется ионизационная камера, обычно является инертным газом (или их смесью) с добавлением легко ионизирующегося соединения (углеводорода - метана или ацетилена). Открытые ионизационные камеры (ионизационные детекторы дыма) заполнены воздухом.

A – входящий протон; B – анод;
С – изолятор;
D – катод (корпус);
R – резистор;
U – высоковольтное напряжение

облучается снаружи, говорят о внешнем облучении.
Внешнее облучение происходит от непосредственного

взаимодействия радиоактивных ионизирующих излучений внешних источников с атомами биологических субстратов организма. Защититься от внешнего излучения можно, поставив на пути движения излучений тот или иной защитный экран и/или применив средства индивидуальной защиты. Специальная защитная одежда полностью защищает от альфа-излучения и частично – от бета-излучения, рентгеновского или гамма-излучения. Применяют антиконтаминационные костюмы, перчатки, капюшоны, сапоги, перчатки, очки, освинцованные фартуки.
Если радиоактивные вещества, находящиеся в воздухе, пище, воде, попадают внутрь организма человека, то источники радиоактивного излучения оказываются внутри организма (внутреннее облучение).
Внутреннее облучение всегда связано с попаданием в организм человека радиоактивных веществ, разнообразие которых обусловливает разнообразие механизмов поглощения, усвоения и вывода этих веществ из организма, степень участия в метаболизме. В результате радиоактивные вещества могут задерживаться и даже накапливаться в организме. Распадаясь, они облучают расположенные вокруг них ткани.
Уменьшение внутреннего облучения достигается только средствами индивидуальной защиты органов дыхания, служащих для защиты дыхательных путей от радиоактивных веществ, находящихся в воздухе, и специальным рационом питания.

ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

конкретных условий работы с источниками ионизирующих излучений, а также от

типа источника.
Защита временем основана на сокращении времени работы с источником, что позволяет уменьшить дозы облучения персонала. Этот принцип особенно часто применяется при непосредственной работе персонала с малыми радиоактивностями.
Защита расстоянием – достаточно простой и надежный способ защиты. Это связано со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и молекулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала.
Защита экранами – наиболее эффективный способ защиты от излучений. В зависимости от вида ионизирующих излучений для изготовления экранов применяют различные материалы, а их толщина определяется мощностью и излучением.

ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

защита. Чтобы максимально снизить дозу, необходимо минимизировать время воздействия источников

радиации .

Обратноквадратичная зависимость :

где: Ď – мощность дозы (мкЗв/ч);
А – радиоактивность (Бк);
Г – константа источника (мкЗв∙м2/Бк∙ч);
r – расстояние (м).

теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов, около которых

они проходят. Гамма- и рентгеновское излучение передают свою энергию веществу что также приводят к электрическим взаимодействиям.
Электрические взаимодействия. При действии ионизирующего излучения на атом ткани организма, от него отрывается электрон заряженный отрицательно, оставшаяся часть атома, становится положительно заряженной (процесс ионизации). Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения. Свободный электрон и свободный атом долго не могут пребывать в таком состоянии. Вскоре они участвуют в сложной цепи реакций, ведущих к образованию новых молекул. Также могут образовываться чрезвычайно реакционноспособные молекулы, "свободные радикалы".
Химические изменения. Свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами через цепочку реакций. Они могут вызвать модификацию биологически важных молекул, ответственных за нормальное функционирование клетки.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько сек., так и через десятилетия после облучения и привести к гибели клеток, и патологическим изменениям в них.

разным биологическим эффектом.
Типы тканей:
одни части тела (органы, ткани) более

чувствительны к ИИ, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами.
Мощность дозы:
темп облучения чрезвычайно важен; низкая доза в течение длительного периода наносит меньше ущерба, чем та же самая доза за короткое время; механизмы восстановления ДНК получают больше возможности для действия при низкой мощности дозы.
Тип излучения:
энергия, переданная клетке на одном расстоянии сильно варьируется по типам излучения; энергии γ- и рентгеновского фотона передаются большему количеству клеток, тогда как практически вся энергия тяжелой α-частицы переходит всего к одной клетке. Так, можно сказать, что линейная передача энергии для α-и нейтронного излучения намного больше, чем для β-, γ-и рентгеновского излучения.

излучения может сильно отличаться. Чтобы это учесть, значение поглощенной дозы

умножают на коэффициент качества излучения, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. По этому качеству a-излучение, например, в двадцать раз опаснее g-излучения. Пересчитанную дозу называют эквивалентной. Ее измеряют в системе СИ зивертах (Зв), 1 Зв = 1 Дж/кг для g -и b-излучения и 0,05 Дж/кг для a-излучений. Для измерения эквивалентной дозы используется также единица, называемая бэр — расшифровывается как "биологический эквивалент рентгена" 1 = 0,01 Зв.
Коэффициент качества излучения показывает, во сколько раз эффективность биологического воздействия данного вида излучения больше воздействия гамма-излучения при одинаковой поглощенной дозе в тканях. При хроническом облучении всего тела коэффициент качества для рентгеновского бета- и гамма-излучения равен 1, для протонов с энергией меньше 10 МэВ и нейтронов с энергией 0,1…10 МэВ k = 10; для электронов с энергией меньше 80 кэВ k = 3; для альфа-частиц с энергией меньше 10 МэВ k = 20. Символ HT используется для эквивалентной дозы в определенном органе.

где HT – эквивалентная доза в органе T (Зв); wR – весовой коэффицент для типа излучения; DТ,R – поглощенная доза в органе T от излучения R (Гр) ,.

β- и γ-излучения WR = 1 и поглощенная доза может

непосредственно приравниваться эквивалентной.
Так как весовой фактор – величина безразмерная, D и H выражены в Дж/кг. Однако D - физическое количество (поглощенная доза энергии), и H - биологическое количество (мера повреждения). Чтобы быть в состоянии различить хорошо эти количества, поглощенная доза (D) выражена в Грэях (Гр), а эквивалентная доза (H) - в Зивертах (Зв).

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА

за счет различного характера влияния облучения на разные органы (в

условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы Еэфф применяемое при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований. Эффективная доза равна сумме взвешенных эквивалентных доз во всех органах и тканях:

где wt - тканевый весовой множитель, а Ht -эквивалентная доза, поглощенная в ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА