Ядерная химия изучает процессы, связанные с изменением состава атомных ядер, что сопровождается выделением ионизирующего излучения. Излучение оказывает биологическое и физическое воздействие, поэтому количественная характеристика этих воздействий необходима для науки и практики. Для этого используются понятия дозы радиации и соответствующие единицы измерения.
Доза радиации — это мера энергии, поглощённой веществом от ионизирующего излучения. Основное внимание уделяется поглощённой дозе и эквивалентной дозе, которые характеризуют соответственно физическое воздействие излучения на вещества и биологический эффект на живые организмы.
Поглощённая доза (D) определяется как энергия, переданная веществу единицы массы:
[ D = ]
где (dE) — энергия, поглощённая массой (dm) вещества. Единица измерения поглощённой дозы в системе СИ — грэй (Гр):
[ 1 = 1 ]
Поглощённая доза отражает чисто физический эффект излучения, не учитывая биологическую чувствительность тканей.
Для оценки биологического воздействия используют эквивалентную дозу (H), которая учитывает различное влияние разных видов излучения на ткани:
[ H = D w_R]
где (w_R) — взвешивающий коэффициент для типа излучения. Например, для гамма- и рентгеновского излучения (w_R = 1), для альфа-частиц (w_R = 20).
Единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв):
[ 1 = 1 ]
Эффективная доза (E) расширяет концепцию эквивалентной дозы, вводя поправку на чувствительность различных органов и тканей:
[ E = _T H_T w_T]
где (H_T) — эквивалентная доза для ткани (T), (w_T) — коэффициент чувствительности ткани. Эффективная доза позволяет сравнивать общий биологический риск воздействия радиации на организм.
Активность (A) радиоактивного источника характеризует скорость распада ядер и определяется формулой:
[ A = ]
где (dN) — число распавшихся ядер за время (dt). Единица активности — беккерель (Бк):
[ 1 = 1 распад/с]
Ранее использовалась единица кюри (Ки):
[ 1 = 3,7 ^{10} ]
Экспозиционная доза (X) применяется для оценки ионизирующего воздействия рентгеновских и гамма-лучей в воздухе:
[ X = ]
где (dQ) — заряд, образованный ионами в массе (dm) воздуха. Единица измерения — кулон на килограмм (Кл/кг). Ранее применялась рентген (Р).
Существует прямая связь между физическими и биологическими дозами. Например, для гамма-излучения:
[ 1 ]
при этом для альфа-частиц эквивалентная доза значительно выше поглощённой из-за (w_R = 20). Это отражает большую биологическую опасность альфа-излучения при одинаковой энергии.
Правильный выбор единиц и понимание взаимосвязи доз является основой безопасного обращения с радиоактивными материалами и точного количественного анализа радиационных эффектов.