Дозиметрия

Дозиметрия — раздел ядерной химии и радиационной физики, изучающий методы измерения доз ионизирующего излучения, его распределение в веществе и биологических объектах. Основная цель дозиметрии — количественная оценка воздействия радиации на материалы, среду и живые организмы.

Основные понятия

Доза излучения — мера энергии, поглощённой веществом от ионизирующего излучения. Различают несколько типов доз:

• Поглощённая доза (D) — энергия, переданная единице массы вещества, измеряется в греях (Гр): [ 1 = 1 ]

• Эквивалентная доза (H) учитывает биологическое действие разных видов излучения, измеряется в зивертах (Зв): [ H = D Q] где (Q) — качественный коэффициент излучения.

• Эффективная доза (E) позволяет оценить риск для организма, учитывая чувствительность различных органов: [ E = _{T} w_T H_T] где (w_T) — весовой коэффициент для органа (T).

Активность источника (A) — число распадов, происходящих в единицу времени, измеряется в беккерелях (Бк): [ 1 = 1 ]

Методы измерения дозы

1. Ионизационные методы Основаны на измерении электрического заряда, выделенного ионизацией газа под действием излучения. Основные приборы:

   • Ионизационные камеры — позволяют измерять как дозу, так и поток частиц; чувствительны к гамма- и рентгеновскому излучению.
   • Счётчики Гейгера–Мюллера — регистрируют отдельные квантовые события; эффективны для контроля радиоактивности в среде.

2. Фотографические и химические методы Используют химические изменения веществ под действием радиации. Примеры:

   • Фотоплёнка — потемнение плёнки пропорционально дозе.
   • Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) — измеряют накопленную энергию в кристаллах, которая выделяется в виде света при нагревании.

3. Биологические методы Основаны на реакции живых тканей или клеток на радиацию. Применяются для оценки доз при авариях, когда прямое измерение невозможно.

4. Современные электронные дозиметры Используют полупроводниковые детекторы, фотодиоды и сцинтилляционные материалы. Позволяют получать мгновенные значения дозы и регистрировать длительное воздействие.

Основные характеристики излучения

• Линейная передача энергии (LET) — средняя энергия, теряемая частицей на единицу длины пути в веществе. Высокий LET характерен для α-частиц, низкий — для γ-лучей.

• Проникающая способность — определяет, на каком расстоянии и глубине излучение способно воздействовать на материал.

• Взаимодействие с веществом:

  • α-частицы — сильное ионизирующее действие, малая глубина проникновения.
  • β-частицы — умеренная ионизация, проникают на миллиметры в ткани.
  • γ-лучи и нейтроны — слабое ионизирующее действие, высокая проникающая способность.

Принципы расчёта доз

Доза поглощённого излучения в веществе определяется через энергию излучения и массу среды: [ D = ]

Для оценки биологического эффекта учитывается эквивалентная доза с поправкой на тип излучения (Q).

Пример расчёта: Если ткань массой 0,5 кг поглотила 0,1 Дж энергии от α-частиц ((Q = 20)): [ D = = 0,2 H = 0,2 = 4 ]

Применение дозиметрии

• Контроль радиационной безопасности на атомных станциях, в медицинских и промышленных установках.
• Оценка радиационного воздействия при авариях и ядерных испытаниях.
• Научные исследования космической радиации и её влияние на биологические системы.
• Регистрация накопленных доз в медицине для планирования терапии, особенно при лучевой онкологии.

Дозиметрия является фундаментальной дисциплиной, обеспечивающей безопасное использование радиоактивных источников и точное количественное описание взаимодействия ионизирующего излучения с веществом и живыми организмами.