Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды (косвенное действие излучения) в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул (прямое действие излучения) возникают свободные радикалы, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. При облучении в дозе 1000 р в клетке средней величины (10-9 г) возникает около 1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке и вызывающим дальнейшее изменение надмолекулярных (субмикроскопических) структур. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, т.н. кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма. Большое значение имеет и миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к поражению её активного центра (например, к инактивации белка-фермента). Физические и физико-химические процессы, лежащие в основе Б.д.и.и., т. е. поглощение энергии и ионизация молекул, занимают доли секунд.
В радиобиологии также определяется:
Линейный коэффициент передачи энергии μе - отношение доли энергий dЕ/Е косвенно ионизирующего излучения (исключая энергию покоя частиц), которая преобразуется в кинетическую энергию заряженных частиц при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути: μе=(1/Е) (dЕ/dl)
Примечание. Массовый коэффициент передачи энергии μtr,т, выражается через линейный: μе,т = μе/ ρ , где ρ- плотность вещества.
Линейный коэффициент поглощения энергии μ* en - произведение линейного коэффициента передачи энергии μе, на разность между единицей и долей g энергии вторичных заряженных частиц, переходящей в тормозное излучение в данном веществе: μen = μе (1 - g)'
Примечание. Массовый коэффициент поглощения энергии μen,m выражается через линейный: μen.m= μen. / ρ =μе.m (1 - g).
Эквивалент дозы - мера дозы на орган или ткань, предназначенная для количественного выражения вреда, рассчитывается как результат умножения средней поглощенной дозы в органе или ткани и соответствующего коэффициента качества. Заменена величиной эквивалентной дозы, как основной величиной, рекомендуемой МКРЗ, а также для расчета эффективной дозы. Однако определения некоторых действующих величин дозы по-прежнему используют эту величину.
Эквивалент амбиентной дозы - непосредственно измеряемая величина, которая представляет эффективную дозу, для использования при мониторинге окружающей среды в условиях воздействия внешнего облучения. Для сильно проникающего излучения рекомендуется величина d = 10 мм.
Единицы измерений физических величин
Существуют следующие единицы измерений физических величин:
Беккерель (Bq): стандартная международная единица радиоактивности, равная одному распаду за секунду. Данное количество радиоактивных атомов имеет активность 1Бк, если в секунду распадается одно ядро. Каждый акт распада связан с эмиссией ионизирующего излучения. 1 Бк=1 расп/сек. Это - очень небольшая единица, равная примерно 27 пикокюри.
Кюри (Ci): традиционная (внесистемная) единица измерения радиоактивности, равная радиоактивности 1 грамма чистого радия. Она эквивалентна 37 млрд. распадов в секунду (37 млрд. беккерелей). 1 Ки=3,7*1010 расп/сек = 3,7*1010 Бк.
Рад: внесистемная единица измерения поглощенной дозы радиации, определяемой как накопление 100 эргов энергии на 1 грамм ткани.
Грей (Gy): Международная единица поглощенной дозы, равная 100 радам.
1 Кл/кг - единица экспозиционной дозы в системе СИ. Специального названия не имеет. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 кг сухого воздуха образует 6,24*1018 пар ионов, которые несут заряд в 1 кулон каждого знака. (1 кулон = 3*109 ед. СГСЭ = 0,1 ед. СГСМ). Физический эквивалент 1 Кл/кг равен 33 Дж/кг (для воздуха). Соотношения между рентгеном и Кл/кг следующие: 1 Р = 2,58*10-4 Кл/кг - точно. 1 Кл/кг = 3,88*103 Р - приблизительно.
Рентген: внесистемная единица экспозиционной дозы. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 см3 сухого воздуха (имеющего при нормальных условиях вес 0,001293 г) образует 2,082*109 пар ионов. Эти ионы несут заряд в 1 эл. статическую единицу каждого знака (в системе СГСЭ), что в единицах работы и энергии (в системе СГС) составит около 0,114 эрг поглощённой воздухом энергии (6,77*104 Мэв). (1 эрг = 10-7 Дж = 2,39*10-8 кал). При пересчёте на 1 г воздуха это составит 1,610*1012 пар ионов или 85 эрг/г сухого воздуха. Таким образом физический энергетический эквивалент рентгена равен 85 эрг/г для воздуха. (По некоторым данным он равен 83,8, по другим - 88,0 эрг/г). Единица рентген может быть использована до значения энергии 3 Мэв рентгеновского и y - излучений. От 1 рентгена некостные биологические ткани получают радиационное воздействие, равное примерно 1 раду.
Рем (радиационный эквивалент человека): единица измерения эквивалентной поглощенной дозы радиации, учитывающая различные пути передачи энергии от ионизирующей радиации тканям человеческого организма (известна также как относительная биологическая эффективность). В то время как в радах и греях измеряется накопление энергии в тканях, ремы и зиверты измеряют биологический ущерб. В случае бета- и гамма-радиации рады и ремы равны друг другу. Однако, поскольку альфа-радиация наносит гораздо больший ущерб на единицу энергии, накопленной в живых тканях, измеренная в радах альфа-радиация должна быть умножена на равный 20 коэффициент с тем, чтобы получить результат в ремах. Указанный коэффициент 20 (называемый качественным фактором) принят в настоящее время, однако в будущем он может быть изменен в результате переоценки наносимого радиацией ущерба.
Зиверт (Sv): Стандартная единица измерения эквивалентной поглощенной дозы, равной 100 ремам (по имени шведского ученого Зиверта (R.М. Sievert) — первого председателя Международной комиссии по радиологической защите, МКРЗ). Это - единица эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение величины поглощённой дозы в Грэях (в биологической ткани) на коэффициент WR будет равно 1 Дж/кг. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж. При WR=1(для рентгеновского, γ-, β-излучений, электронов и позитронов) 1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр.
Бэр – внесистемная единица эквивалентной дозы излучения – количество энергии любого вида, которое при поглощении в 1 г биологической ткани произведет биологическое действие, эквивалентное действию рентгеновского или γ-излучения при дозе в воздухе 1 рентген. До 1963 единица бэр определялась как биологический эквивалент рентгена (отсюда и название). 1 бэр = 1 рад * К = 100 эрг/г*К = 0,01 Гр*К = 0,01 Дж/кг*К = 0,01 Зиверт. При коэффициенте качества излучения К = 1, то есть для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов, 1 бэр соответствует поглощённой дозе в 1 рад. 1 бэр = 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зиверт. Ещё в 50-х годах было установлено, что если при экспозиционной дозе в 1 рентген воздух поглощает 83,8÷88,0 эрг/г (физический эквивалент рентгена), то биологическая ткань поглощает 93-95 эрг/г (биологический эквивалент рентгена). Поэтому оказывается, что при оценке доз можно считать (с минимальной погрешностью), что экспозиционная доза в 1 рентген для биологической ткани соответствует (эквивалентна) поглощённой дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (при К=1), то есть, грубо говоря, что 1 Р, 1 рад и 1 бэр - это одно и то же.
Бэрад – поглощенная доза любого ионизирующего излучения, которая обладает той же биологической эффективности, что и 1 рад рентгеновских лучей со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм слоя воды.
Фэр – физический эквивалент рентгена, внесистемная единица эквивалентной дозы корпускулярного ионизирующего излучения (α- и β- частицы, нейтроны), при которой в воздухе образуется столько же пар ионов, сколько при экспозиционной дозе рентгеновского или гамма-излучения в 1 рентген. Международное обозначение rep.
Для рентгеновских, гамма-, бета излучений, электронов и позитронов величины рентген, рад и бэр, а также величины Грэй и Зиверт оказываются равнозначными при оценке облучения человека.
Литература
1. Александер П. А., Основы радиобиологии, пер. с англ., М., 1993;
2. Гродзенский Д. Э., Радиобиология, М., 1999;
3. Иванов В. И., Курс дозиметрии, 2 изд., М., 1990