Доза на йонизиращите лъчения

Дозата на йонизиращите лъчения е количеството енергия, погълнато от тела и предмети, които са били изложени на йонизиращо лъчение. Разделът от физиката, занимаващ се с определянето (измерването) на дозата на йонизиращите лъчения, се нарича дозиметрия, а измервателните уреди – дозиметри.

Международен символ за радиационна опасност

Експозиция

Показание на дозиметър в рентгени.

 Основна статия: Експозиция (радиология)

Експозицията (X) се определя като абсолютната стойност (dQ) на общия електричен заряд на йоните от един и същ знак, които се получават във въздух, когато всичките електрони и позитрони, освободени от фотони в обемен елемент въздух с маса (dm), са напълно спрени във въздуха:^[1]

${\displaystyle X={\frac {dQ}{dm}}}$

Системната мярка за експозиция е ${\displaystyle C.kg^{-1}}$ (кулон на килограм), а извънсистемната – рентген (R). Връзката между двете мерни единици е:

${\displaystyle 1C.kg^{-1}=3876R}$

${\displaystyle 1R\approx {2,58}.10^{-4}C.kg^{-1}}$

Мощност на експозицията

Мощност е нарастването на експозицията (dX) за интервал от време(dt):^[1]

${\displaystyle {\overline {X}}={\frac {dX}{dt}}}$

Системната мярка за мощност на експозицията е ${\displaystyle A.kg^{-1}}$ (ампер на килограм), а извънсистемната – ${\displaystyle R\setminus h}$ (рентгенчас).

През 1950 г. Международният конгрес по радиология определя пределно допустима доза от 0,05 R\ден за гама-лъчение до 3 MeV.

Погълната доза

 Основна статия: Погълната доза йонизиращо лъчение

Погълнатата доза йонизиращо лъчение (D) се определя като отношение на средната енергия (dѠ), предадено от лъчението на вещество с елементарен обем, към масата на веществото (dm), което се съдържа в този обем:^[1]

${\displaystyle D={\frac {d\omega }{dm}}}$

Системната единица за измерване на погълнатата доза йонизиращо лъчение е грей (Gy). Тя има размерност:

${\displaystyle 1\ \mathrm {Gy} =1\ {\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {kg} }}=1\ \mathrm {m} ^{2}\cdot \mathrm {s} ^{-2}}$

Връзката на системната единица грей (Gy), с извънсистемните единици рад (rad) и ерг (erg), е:

${\displaystyle 1Gy=100rad}$

${\displaystyle 1rad=100erg.g^{-1}=10^{2}.10^{-7}J.10^{3}.kg^{-1}=10^{-2}J.kg^{-1}=10^{-2}Gy=0.01Gy}$

Еквивалентна доза

 Основна статия: Еквивалентна доза йонизиращо лъчение

Еквивалентната доза йонизиращо лъчение (H) е погълнатата доза (D), осреднена за даден орган или тъкан (T), умножена със съответния радиационен тегловен фактор (W) за лъчението (R). Тя се определя по формулата:^[2]

${\displaystyle H_{T},_{R}=W_{R}{\overline {D}}_{T},_{R}}$

Ако радиационното поле се състои от две или повече лъчения с различни тегловни фактори, еквивалентната доза се определя по формулата:^[2]

${\displaystyle H_{T},_{R}=\sum W_{R}{\overline {D}}_{T},_{R}}$

Системната единица за измерване на еквивалентната доза йонизиращо лъчение е Сиверт (Sv). Тя има размерност:

${\displaystyle 1Sv=1{\frac {J}{kg}}=1m^{2}.s^{-2}}$

Физически 1 Sv = 1 Gy. Биологичният ефект от 1 джаул лъчиста енергия, с която е облъчен 1 килограм жива тъкан е различен, за различните видове лъчение. Неутроните с енергия от 10 до 100 keV са 10 пъти по-вредни за живата тъкан от фотоните, а алфа-частиците и тежките ядра са 20 пъти по-вредни от фотоните. Така гама-лъчение от 1 Gy е с еквивалентна доза 1 Sv, докато същото алфа-лъчение има еквивалентна доза от 20 Sv.

В грей (Gy) се измерва погълнатата радиация от всякакви вещества и материали, включително и живи тъкани. В сиверти (Sv) се измерва само радиацията, погълната от живи клетки, тъкани и органи (основно човешки). Сивертът е голяма величина, облъчване с 1 сиверт предизвиква лъчева болест при човека. Затова в практиката е по-удобно да се използват производните единици милисиверт (1 mSv = 0,001 Sv) и микросиверт (1 μSv = 0,001 mSv = 0,000001 Sv).

Ефективна доза

 Основна статия: Ефективна доза йонизиращо лъчение

Ефективната доза йонизиращо лъчение (E) е сума от произведенията на еквивалентните дози (H), погълнати от различните тъкани и/или органи в организма, коригирани със съответния тегловен фактор (W) за различните тъкани (T). Ефективната доза се определя по формулата:^[2]

${\displaystyle E=\sum W_{T}{\overline {H}}_{T}}$

Системната единица за измерване на еквивалентната доза йонизиращо лъчение е Сиверт (Sv).

Един и същ вид лъчение (гама-лъчи, неутрони или алфа-частици) с една и съща сила оказва различно влияние на различните тъкани в организма. Щитовидната жлеза е четири пъти по-чувствителна на йонизиращи лъчения от кожата, а половите жлези са два пъти по-чувствителни от щитовидната жлеза. Така облъчване на кожата и щитовидната жлеза с еквивалентна доза от 1 Sv води до ефективна доза от 1 Sv за кожата и 4 Sv за щитовидната жлеза.

Колективна ефективна доза

 Основна статия: Колективна ефективна доза йонизиращо лъчение

Колективната ефективна доза йонизиращо лъчение е общата ефективна доза за група от населението, която се определя като средната ефективна доза на подгрупата (i), умножена по броя на хората в нея (N_i):^[2]

${\displaystyle S=\sum {\overline {E}}_{i}.N_{i}}$

Мерната едицица за колективна ефективна доза йонизирщо лъчение е „човекосиверт“ – ${\displaystyle {man}.{Sv}}$

Мощност на дозата

Мощност на дозата на йонизиращите лъчения е нейното изменение за единица време (dt).^[1]

Мощността на погълнатата доза (D) се определя като:

${\displaystyle {\overline {D}}={\frac {D}{dt}}}$ и се измерва в ${\displaystyle Gy.s^{-1}}$

Мощността на еквивалентната доза (H) и ефективната доза (E) се определят като:

${\displaystyle {\overline {H}}={\frac {H}{dt}}}$ и ${\displaystyle {\overline {E}}={\frac {E}{dt}}}$, като двете величини се измерват в ${\displaystyle Sv.s^{-1}}$.

За удобство в практиката, мощността на дозата се измерва за 1 час (1 R\h, 1 Gy\h, 1 μSv\h), вместо за 1 секунда.

Естествен радиационен фон

 Основна статия: Естествен радиационен фон

Естественият (природният) радиационен фон е радиационно поле, което се дължи на естествени източници на йонизиращи лъчения. Такива са космическото лъчение – слънчево и галактическо лъчение, и природните радиоизотопи, чиито състав и разпределение не са променени от човешка дейност. Средната доза, която получава човек при облъчване от космическото лъчение в средните географски ширини на Земята, където се намира България, е около 0,4 mSv годишно. Поради естеството на работата си екипажите на самолети получават значително по-високи дози облъчване от космически лъчи. Гама-лъчението, което се дължи на естествените радионуклиди в земната повърхност и в строителните материали, предизвиква външно облъчване от около 0,5 mSv за една година. Нормално присъстващите радиоактивни изотопи на радона във въздуха предизвикват вътрешно облъчване от 1,2 mSv. Природните радионуклиди, които естествено постъпват с метаболизма в човешкия организъм, го облъчват с около 0,3 mSv годишно.

Средната ефективна доза от общото външно и вътрешно облъчване, което се дължи на естествения радиационен фон, е 2,4 mSv годишно. ^[3]

Радиорезистентност на живите организми

 Основна статия: Радиорезистентност на живите организми

Радиорезистентност на живите организми е тяхната способност да оцеляват и да се приспособяват към високи нива на йонизиращи лъчения. Животът на Земята е възникнал и съществува в условията на естествена за природата йонизираща радиация. Интензитетът на космическото лъчение на границата между космоса и земната атмосфера е сравнително постоянен, като се изменя циклично с въртенето на Земята. Озонът екранира значителна част от космическото лъчение, особено в ултравиолетовия и рентгеновия спектър, и гама-лъчите. В еволюционен мащаб, Земята притежава озонов слой от сравнително кратко време – половин милиард години. Тогава се появяват първите растения, които отделят кислород, който във високите слоеве на атмосферата се превръща в озон, под действието на ултравиолетовите лъчи. С появяването на озона и постепенното му увеличаване, устойчивостта на живите същества към радиация намалява във филогенетичен ред. Днес най-устойчиви на радиация са микроорганизмите, след тях гъбите, растенията, рибите, земноводните, влечугите и птиците. Най-чувствителни на йонизиращи лъчения са бозайниците и човекът.

Смъртоносни дози радиация, Gy

Организъм	Летална доза	LD50	LD100	Таксономия
Куче		3.5 (LD50/30 дни)[4]		Бозайници
Човек	4 – 10[5]	4.5[6]	10[7]	Бозайници
Плъх		7.5		Бозайници
Мишка	4.5 – 12	8.6 – 9		Бозайници
Заек		8 (LD50/30 дни)[4]		Бозайници
Костенурка		15 (LD50/30 дни)[4]		Влечуги
Златна рибка		20 (LD50/30 дни)[4]		Риби
Escherichia coli			60	Бактерии
Хлебарка		64[5]		Насекоми
Мекотели		200 (LD50/30 дни)[4]		-
Плодова мушица	640[5]			Насекоми
Амеба		1000 (LD50/30 дни)[4]		-
Braconidae	1800[5]			Насекоми
Milnesium tardigradum	5000[8]			Eutardigrade
Deinococcus radiodurans	15000[5]			Бактерии
Thermococcus gammatolerans	30000[5]			Археи

Допустими дози на йонизиращите лъчения

 Основна статия: Допустими дози на йонизиращите лъчения

Допустимите дози на йонизиращите лъчения в България се определят от Наредбата за основни норми за радиационна защита. Тя определя допустимите дози за облъчване, в които не влизат дозите от естествения радиационен фон. Естественият гама-фон на територията на България е от 0,06 до 0,40 µSv\h.^[9]

Границата на ефективна доза йонизиращо лъчение за всяко лице от населението в България е 1 mSv за 1 година или 0,1 μSv.h⁻¹ (преизчислено за 8800 часа). Границата за професионално облъчване (за лица, които работят с източници на йонизиращи лъчения) е 20 mSv за 1 година или 10 μSv.h⁻¹ (преизчислено за 1700 работни часа).^[2]

Във водата за питейно-битови цели се допускат: радон до 100 Bq\l, тритий до 100 Bq\l и индикативна (еквивалентна) доза до 0,1 mSv, при обща алфа-активност до 0,1 Bq\l и обща бета-активност до 1 Bq\l.^[10]

Граници за съдържание на радиоизотопи в храните, Bq\кг^[11]

Радиоизотоп	Детски храни	Мляко и млечни храни	Други храни	Несъществени храни	Течни храни
Изотопи на стронций, специално 90Sr	75	125	750	7500	125
Изотопи на йод, специално 131I	150	500	2000	20000	500
Източници на алфа-частици, изотопи на плутоний и трансплутониеви елементи, специално 239Pu и 241Am	1	20	80	800	20
Други радиоизотопи с t½ над 10 дни, специално 134Cs и 137Cs (без 14C и 40K)	400	1000	1250	12500	1000

Национални диагностични референтни нива за облъчване при рентгенография^[12] и рентгеноскопия^[13]

Рентгенография					Рентгеноскопия
Орган	Проекция	Входяща въздушна крема, mGy	Произведение крема-площ		Рентгеново изследване	Произведение крема-площ		Допълнителни нива
			mGy.cm2	μGy.m2		mGy.cm2	μGy.m2	Време на скопия, мин.	Брой образи
Череп	PA	2,5	–		Контрастно изследване на горния дял на стомашно-чревния тракт	18	1800	4,1	4
	Lat	2,5	–
Бял дроб и сърце	PA	0,5	0,4	40	Иригография – контрастно изследване на дебелото черво	40	4000	4,2	5
	Lat	1,5	–
Лумбални прешлени	AP	9	3	300	Коронарна ангиография (CA)	40	4000	3,8 – 6,5	530 – 650
	Lat	12	4	400
Таз	AP	4	4	400	Коронарна интервенция (CA + PCI)	140	14000	8,9 – 18,1	1290 – 1610
БУМ	AP	6	4	400	Артериография на долни крайници	45	4500	1,9 – 3,0	120 – 270

Аварийно облъчване

За спасяване на човешки живот или за предотвратяване на по-голямо облъчване при радиационна авария органите на държавния здравен контрол могат да разрешат по изключение извършването на дейности от доброволци при превишаване на установените граници на облъчване. Ефективната доза за едно лице не трябва да бъде повече от 50 mSv за една отделна година и повече от 200 mSv общо за 10 години.^[14]

Защита на населението

При замърсяване с радиоактивни вещества се предприемат мерки, в зависимост от годишната ефективна доза над естествения радиационен фон, както следва:^[15]

• 5 – 50 mSv – укриване и защита на органите на дишането (дозата се отнася за периода на укриване);
• 50 – 500 mSv за 1 седмица – евакуация на населението;
• 10 – 100 mSv за 1 месец – временно преселване;
• 1000 mSv за 50 години – постоянно преселване;
• 5 – 50 mSv ефективна доза за щитовидната жлеза – йодна профилактика за бременни, кърмачки и лица под 18 години;
• 50 – 500 mSv за 1 седмица – йодна профилактика за цялото население.

Лъчева диагностика

 Основна статия: Лъчева диагностика

Първата рентгенова снимка, направена от Вилхелм Рьонтген през 1896 година

Лъчевата диагностика е начин за поставяне на диагноза, чрез провеждане на рентгенография или рентгеноскопия. Методът е изобретен от Вилхелм Рьонтген през 1896 г.

Лъчева терапия

 Основна статия: Лъчева терапия

Лъчевата терапия е лечение с гама-лъчи или рентгенови лъчи. Лъчетерапията е основен метод за нехирургично лечение на туморите. В ранните стадии от развитието на раковите заболявания, лъчевата терапия е по-ефикасна от хирургичното лечение, защото се избягва ампутация на органа.^[16]

Лъчева болест

 Основна статия: Лъчева болест

Лъчевата болест е общо заболяване на организма, причинено от излагане на йонизиращи лъчения с голяма мощност. Основнен признак на лъчевата болест е панцитопеничният синдром – рязко намаляване на всички кръвни клетки, в резултат от силното потискане на хемопоетичната способност и функциите на костния мозък.^[17]

Лъчева болест

Експозиция, R[18]	Погълната доза[17]		Синдром	Форма
	Sv	rad
100 – 200	0,5 – 1	50 – 100	функционални нарушения
	1 – 2	100 – 200	костно-мозъчен	лека
	2 – 4	200 – 400		средна
200 – 300	4 – 6	400 – 600		тежка
	6 – 10	600 – 1 000	преходен	много тежка
над 300	10 – 20	1 000 – 2 000	чревен
	20 – 80	2 000 – 8 000	токсемичен
	над 80	над 8 000	церебрален

Радиопротектори

 Основна статия: Радиопротектори

Радиопротекторите са фармакологични средства (лекарства), които намаляват вредното действие на йонизиращите лъчения. Радиопротекторите са две основни групи:^[17]

• кратковременни
  • серо– и азотсъдържащи радиопротектори – цистамин (диаминдиетилсулфид), цистафос, гамафос, цистеамин;
  • биогенни амини – индралин (синтетичен аналог на серотонина, препарат „Б-190-В“)
• с удължено действие
  • естрогени – диетилстилбестрол;
  • полизахариди, нуклеинови киселини и синтетични биоактивни полимери
    • адаптогени;
    • поливитаминни комплекси;
    • модификатори на метаболизма;
    • антиоксиданти – токоферол, пиридоксин, аскорбинова киселина.