Современная система дозиметрических и радиометрических величин

МКРЗ  определяет ущерб как «сложное понятие, сочетающее вероятность, степень тяжести эффекта и время его проявления», величину которого можно выразить в числе лет полноценной жизни, потерянных в результате преждевременного заболевания или смерти, вызванных воздействием ионизирующего излучения. При определении ущерба в результате облучения учитывается

1) вероятность преждевременной смерти  в результате реализации смертельного  рака за все время ожидаемой  жизни или тяжелого генетического нарушения, которое приводит к преждевременной гибели потомков облученных лиц в первых двух поколениях;

2) вклад в ущерб от несмертельных  (излечиваемых) случаев рака как реализации стохастических эффектов облучения;

3) продолжительность потерянных лет  полноценной жизни в результате  реализации тех или иных стохастических  эффектов.

Качество  излучения. Радиобиологические исследования показали, что в области малых доз один и тот же радиобиологический эффект облучения какого-либо органа или ткани может наблюдаться при различных поглощенных дозах, если на орган или ткань воз действуют ионизирующие излучения различной природы. Для описания этих отличий было введено понятие относительной биологической эффективности излучений (ОБЭ). Относительная биологическая эффективность некоторого излучения принята равной отношению поглощенной дозы D₀ образцового излучения, вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе D данного излучения, вызывающей такой же эффект. В качестве образцового принято рентгеновское излучение с граничной энергией 200 кэВ.

Многочисленными исследованиями было показано, что  при облучении одних и тех  же биологических объектов ОБЭ излучения зависит

• от конкретного эффекта,

• от условий облучения,

•  от вида излучения, его энергии и интенсивности.

Для одного и того же биологического эффекта, например, выживаемости определенной доли облученных клеток, ОБЭ зависит  от ЛПЭ и близка для различных видов излучений с равными ЛПЭ. Как правило, чем выше ЛПЭ частиц, тем выше его биологическая эффективность. При этом зависимость ОБЭ от ЛПЭ излучения оказалась различной для разных биологических эффектов. Последнее обстоятельство фактически сделало невозможным прямое использование ОБЭ в радиационной безопасности. Применительно к хроническому облучению людей в малых дозах МКРЗ в Рекомендациях 1990 г. предлагает использовать две величины, производные от ОБЭ, взвешивающий коэффициент для излучения W_R и средний коэффициент качества излучения . Области применимости этих величин характеризует табл. 4.

Таблица 4

Величины, характеризующие качество излучения

Взвешивающий  коэффициент излучения используется в определении нормируемой величины эквивалентной дозы облучения органа или ткани. Взвешивающие коэффициенты относятся к внешнему излучению, падающему на поверхность тела, а в случае внутреннего облучения к излучению, испускаемому при ядерном превращении радионуклидов, попавших в организм. Для фотонов (рентгеновского излучения и g-излучения) W_R=1, для других излучений W_R≥1. В отличие от значений ОБЭ, которые определены только для конкретного биологического эффекта, облучаемого объекта и условий облучения, установленные значения взвешивающего коэффициента излучения нельзя соотнести с каким-либо определенным эффектом облучения человека. Являясь обобщением большого объема экспериментальных данных, значения WR характеризуют вероятность возникновения некоторого стандартного стохастического эффекта при воздействии излучений различной природы на стандартного человека в условиях хронического облучения в области малых доз. Взвешивающий коэффициент излучения равен отношению дозы рентгеновского или g-излучения к дозе данного излучения, при которых равны вероятности возникновения стандартного стохастического эффекта при облучении стандартного человека.

Эквивалентная доза. В качестве меры ущерба при облучении отдельной ткани или органа человека Рекомендациями МКРЗ 1990 г. была введена специальная величина эквивалентная доза облучения органа или ткани, равная поглощенной дозе в органе или ткани, умноженной на соответствующий взвешивающий коэффициент излучения WR. Эквивалентная доза является функционалом, приводящим облучение органов и тканей человека любым излучением к эквивалентному по ущербу облучению стандартным редкоионизирующим излучением:

Единица эквивалентной  дозы  зиверт (Зв). Величина D_T,R в выражении для эквивалентной дозы  поглощенная доза излучения вида R в органе или ткани T, равная поглощенной дозе, усредненной по массе ткани или органа человеческого тела:

где m_т - масса органа или ткани; ε_T,R -энергия излучения вида R, переданная массе органа или ткани. Единица поглощенной дозы в органе или ткани - грей (Гр). При внешнем облучении человека принимают, что ущерб его здоровью причиняется в момент прохождения излучения через тело, хотя при этом ожидается, что реализация ущерба в виде того или иного заболевания (эффекта излучения) при нормальных уровнях доз, характерных для облучения профессиональных работников, является маловероятным событием и может произойти в течение всей оставшейся жизни человека.

Разные  органы тела человека по-разному экранируются другими частями человеческого тела, что приводит к существенной разнице между эквивалентными дозами их облучения. Вот почему указание на облучаемый орган является существенным в определении эквивалентной дозы облучения органа (equivalent dose in organ). Эту величину необходимо отличать от «эквивалентной дозы», использовавшейся до последнего времени в русскоязычной научной и нормативной литературе. Русскоязычный термин «эквивалентная доза» относится к величине, равной произведению поглощенной дозы на коэффициент качества излучения, и является неверным переводом англоязычного термина, обозначающего эквивалент дозы (dose equivalent).

Ожидаемая эквивалентная доза облучения органа или ткани. Важной величиной, введенной в практику радиационной безопасности Рекомендациями МКРЗ 1990 г., является ожидаемая эквивалентная доза внутреннего облучения органа или ткани, Н_T(τ). Эта величина является аналогом эквивалентной дозы внешнего излучения при облучении отдельной ткани или отдельного органа человека источниками внутреннего излучения. К сожалению, в переводе этого термина, принятом в русскоязычной литературе, утерян содержащийся в изначальном английском термине смысл завершенности действия (облучения) и неотвратимости его последствий: committed equivalent dose - дословно «неизбежная эквивалентная доза». «Неотвратимость» последствий при внутреннем облучении означает следующее. Поступление радиоактивного вещества в организм приводит к облучению органов и тканей в течение длительного времени. В отличие от внешнего облучения доза внутреннего облучения органа или ткани формируется в течение длительного времени после поступления радиоактивного вещества в организм. Управлять этим процессом после проникновения радиоактивного вещества в организм практически невозможно. Используя закономерности биокинетики радионуклидов, можно только предсказать величину мощности дозы в отдельных органах тела условного человека в различные моменты времени. Эти особенности внутреннего облучения позволяют рассматривать поступление радиоактивного вещества в организм как событие, за которым неотвратимо следует облучение органов и тканей и, как следствие, возможное причинение ущерба. Ожидаемая эквивалентная доза определена как временной интеграл мощности эквивалентной дозы в органе или ткани, которая формируется в течение некоторого времени τ после поступления радиоактивного вещества в организм стандартного человека:

где t₀ - момент поступления, a Н_T(τ) - мощность эквивалентной дозы в органе или ткани T к моменту времени t. Значение τ соответствует ожидаемой оставшейся продолжительности жизни человека. Для стандартизации дозиметрических расчетов принято, что τ=50 лет для взрослых людей старше двадцати лет и τ=(70- t₀) лет для детей и лиц моложе двадцати лет. Единица ожидаемой эквивалентной дозы зиверт (Зв).

Для целей обеспечения радиационной безопасности за время причинения ущерба человеку в результате внутреннего облучения его органов или тканей принимают момент поступления радиоактивного вещества в организм; при этом ожидается, что реализация ущерба в виде того или иного эффекта излучения может произойти в течение всей оставшейся жизни человека. Тем самым приводятся к единой мере разные по протяженности во времени облучения. При равенстве величин H_T и H_T(τ) следует ожидать в течение оставшейся жизни одинаковые последствия внешнего и внутреннего облучений.

Эффективная доза. В области малых доз облучение различных органов или тканей с различными эквивалентными дозами может приводить к одним и тем же ущербам. Мерой ущерба, причиненного человеку в результате облучения всего тела или нескольких органов и тканей, является эффективная эквивалентная доза или сокращенно - эффективная доза. Эффективная доза определена как функционал, приводящий все возможные случаи пространственно неоднородного (внешнего или внутреннего) облучения тканей и органов тела стандартного человека к эквивалентному по ущербу равномерному облучению всего тела: облучению с равными эффективными дозами соответствуют равные ущербы.

В случае внешнего облучения эффективная  доза Е^внеш определяется как сумма произведений эквивалентных доз H_T на соответствующие взвешивающие коэффициенты для тканей и органов W_T:

где H_T - эквивалентная доза в ткани T стандартного человека; W_T - взвешивающий коэффициент для ткани T стандартного человека.

Регламентированные  числовые значения взвешивающих коэффициентов  W_T установлены примерно равными отношению эквивалентной дозы равномерного облучения всего тела стандартного человека и эквивалентной дозы H_T облучения органа T, при которых ожидается один и тот же ущерб вследствие сокращения продолжительности периода полноценной жизни человека в результате возникновения стохастических эффектов, вызванных облучением.

В случае внутреннего облучения эффективная  доза определяется аналогично эффективной  дозе внешнего излучения и называется ожидаемой эффективной дозой Е(τ):

Как нормируемая величина, эффективная  доза является результатом последовательного  развития представлений о биологическом действии ионизирующего излучения и поиска меры воздействия ионизирующего излучения, отвечающей целям радиационной безопасности оценке и ограничению радиогенного ущерба. Применение этой величины позволяет перейти от измеряемых физических характеристик поля ионизирующего излучения к потенциальному ущербу в качестве меры воздействия излучения на человека, использование которой создает условия для приведения к единому стоимостному знаменателю вред, затраты и выгоду от использования источников ионизирующего излучения. Считается, что потенциальный ущерб причинен человеку в момент облучения или поступления в организм радиоактивного вещества, однако его реализация в виде заболевания, приводящего к укорочению продолжительности жизни, является случайным событием и откладывается на неопределенное время, сравнимое с продолжительностью жизни человека. Величину потенциального ущерба рассматривают как «математическое ожидание размера нежелательных последствий, т.е. произведение вероятности и тяжести последствий события (преждевременной смерти в результате облучения)». Упрощенно величина потенциального ущерба может быть представлена как произведение пожизненной вероятности смерти от радиогенного рака на среднее число лет полноценной жизни, которые могут быть потеряны в результате этого события. Последняя величина лежит в строго ограниченных пределах (10 30 лет в зависимости от вида рака, т.е. от того, какой орган облучен) и не зависит от дозы облучения (см. табл. 3). Чем меньше латентный период развития рака, тем больше лет жизни может быть потеряно и тем больше тяжесть такого эффекта.

В среднем один стохастический эффект (смертельный рак, серьезные наследственные эффекты и несмертельные раки, приведенные по вреду к последствиям от смертельного рака) приводит к сокращению длительности периода полноценной жизни на 15 лет. Вероятность возникновения какого-либо стохастического эффекта зависит и от дозы, и от того, какой орган облучен, и от возраста облученного. Анализ имеющихся данных об образовании стохастических эффектов показывает, что при облучении с эффективной дозой 1 мЗв пожизненная вероятность возникновения какого-либо стохастического эффекта, приводящего к преждевременной смерти, равна 6×10^-5 и складывается из вероятности реализации потенциального ущерба в виде радиогенного рака (5×10^-5 мЗв^-1) и генетического заболевания (1×10^-5 мЗв^-1). Таким образом, при прогнозировании последствий облучения отдельного человека мы имеем дело с редкими событиями, имеющими дискретный спектр размеров. Все вышеизложенное указывает на то, что применение эффективной дозы для оценки индивидуального ущерба практически бесполезно, поскольку статистические неопределенности таких оценок громадны.