Поглощенная доза

Поглощенная доза ионизирующего излучения
Поглощенная доза ионизирующего излучения
Общие символы	Д
единица СИ	Серый
Другие подразделения	Рад
В базовых единицах СИ	J ⋅ kg −1

Поглощенная доза — это величина дозы, которая является мерой энергии , выделяемой веществу ионизирующим излучением на единицу массы . Поглощенная доза используется при расчете поглощения дозы живыми тканями как в радиационной защите (снижение вредного воздействия), так и в радиологии (потенциальные полезные эффекты, например, при лечении рака). Он также используется для прямого сравнения воздействия радиации на неживую материю, например, при радиационном упрочнении .

Единицей в системе СИ измерения является грей (Гр), который определяется как один Джоуль энергии, поглощенной на килограмм вещества. ^{[ 1 ]} Иногда также используется более старая измерения СГС, единица не относящаяся к системе СИ, рад , преимущественно в США.

Детерминированные эффекты

Обычно в радиационной защите неизмененная поглощенная доза используется только для указания непосредственных последствий для здоровья из-за высоких уровней острой дозы. Это тканевые эффекты, например, при остром лучевом синдроме , которые также известны как детерминированные эффекты. Это эффекты, которые наверняка произойдут в течение короткого времени. Время между воздействием и рвотой можно использовать в качестве эвристики для количественного определения дозы, когда более точные средства тестирования недоступны. ^{[ 2 ]}

Последствия острого радиационного воздействия

Фаза	Симптом	всем телом Доза, поглощенная ( Гр )
Фаза	Симптом	1–2 Гр	2–6 Гр	6–8 Гр	8–30 Гр	> 30 Гр
Немедленный	Тошнота и рвота	5–50%	50–100%	75–100%	90–100%	100%
	Время начала	2–6 ч.	1–2 часа	10–60 мин.	< 10 мин.	Минуты
	Продолжительность	< 24 ч.	24–48 ч.	< 48 часов	< 48 часов	— (пациенты умирают в течение < 48 ч)
	Диарея	Никто	Нет или легкая степень (< 10%)	Тяжелый (> 10%)	Тяжелый (> 95%)	Тяжелый (100%)
	Время начала	—	3–8 ч.	1–3 ч.	< 1 часа	< 1 часа
	Головная боль	Легкий	Легкая и умеренная (50%)	Умеренный (80%)	Тяжелая (80–90%)	Тяжелая (100%)
	Время начала	—	4–24 ч.	3–4 часа	1–2 часа	< 1 часа
	Высокая температура	Никто	Умеренное увеличение (10–100%)	Умеренная или тяжелая (100%)	Тяжелая (100%)	Тяжелая (100%)
	Время начала	—	1–3 ч.	< 1 часа	< 1 часа	< 1 часа
	ЦНС функция	Нет ухудшения	Когнитивные нарушения 6–20 ч.	Когнитивные нарушения > 24 часов	Быстрая потеря работоспособности	Судороги , тремор , атаксия , летаргия.
Скрытый период		28–31 день	7–28 дней	< 7 дней	Никто	Никто
Болезнь		Легкая и умеренная лейкопения Усталость Слабость	Умеренная и тяжелая лейкопения Пурпура Кровотечение Инфекции Алопеция после 3 Гр	Тяжелая лейкопения Высокая температура Диарея Рвота Головокружение и дезориентация Гипотония Электролитные нарушения	Тошнота Рвота Тяжелая диарея Высокая температура Электролитные нарушения Шок	— (пациенты умирают менее чем за 48 часов)
Смертность	Без забот	0–5%	5–95%	95–100%	100%	100%
	С осторожностью	0–5%	5–50%	50–100%	99–100%	100%
	Смерть	6–8 недель	4–6 недель	2–4 недели	2 дня – 2 недели	1–2 дня
Источник таблицы ^{[ 3 ]}

Лучевая терапия

Расчет дозы

Поглощенная доза равна дозе облучения (ионов или Кл /кг) пучка излучения, умноженной на энергию ионизации ионизируемой среды.

Например, энергия ионизации сухого воздуха при 20 °С и 101,325 кПа давлении составляет 33,97 ± 0,05 Дж/Кл . ^{[ 4 ]} (33,97 эВ на пару ионов). Следовательно, экспозиция 2,58 × 10 ⁻⁴ Кл/кг (1 рентген ) обеспечит поглощенную дозу 8,76 × 10. ⁻³ Дж/кг (0,00876 Гр или 0,876 рад) в сухом воздухе при этих условиях.

Когда поглощенная доза неоднородна или когда она применяется только к части тела или объекта, поглощенную дозу, репрезентативную для всего предмета, можно рассчитать путем взятия средневзвешенного значения поглощенных доз в каждой точке.

Точнее, ^{[ 5 ]}

${\overline {D_{T}}}={\frac {\displaystyle \int _{T}D(x,y,z)\,\rho (x,y,z)\,dV}{\displaystyle \int _{T}\rho (x,y,z)\,dV}}$

Где

${\overline {D_{T}}}$ среднемассовая поглощенная доза всего предмета $T$ ;
$T$ является объектом интереса;
$D(x,y,z)$ – поглощенная доза в зависимости от местоположения;
$\rho (x,y,z)$ плотность как функция местоположения;
$V$ это объем.

Стохастический риск – преобразование в эквивалентную дозу

Для стохастического радиационного риска, определяемого как вероятность индукции рака и генетических эффектов, возникающих в течение длительного времени, необходимо учитывать тип радиации и чувствительность облученных тканей, что требует использования модифицирующих факторов для создания риска. коэффициент в зивертах . один зиверт несет в себе 5,5%-ную вероятность развития рака Согласно линейной беспороговой модели, . ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Этот расчет начинается с поглощенной дозы.

дозы, эквивалентные дозе H _T и эффективной дозе E , а для их расчета на основе поглощенной дозы используются соответствующие дозовые коэффициенты и коэффициенты. Для представления стохастического риска используются ^{[ 8 ]} Эквивалентные и эффективные дозы выражаются в зивертах или бэрах , что означает, что биологические эффекты были приняты во внимание. Вычисление стохастического риска соответствует рекомендациям Международного комитета по радиационной защите (ICRP) и Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (ICRU). Разработанная ими стройная система величин радиологической защиты представлена на прилагаемой схеме.

Для облучения всего тела гамма-лучами или рентгеновскими лучами модифицирующие коэффициенты численно равны 1, что означает, что в этом случае доза в греях равна дозе в зивертах.

Разработка концепции поглощенной дозы и серого

Вильгельм Рентген впервые открыл рентгеновские лучи 8 ноября 1895 года, и их использование очень быстро распространилось для медицинской диагностики, особенно для диагностики сломанных костей и посторонних предметов, где они были революционным усовершенствованием по сравнению с предыдущими методами.

Из-за широкого использования рентгеновских лучей и растущего осознания опасности ионизирующего излучения возникла необходимость в стандартах измерения интенсивности излучения, и в различных странах были разработаны свои собственные, но с использованием разных определений и методов. В конце концов, чтобы способствовать международной стандартизации, первый Международный конгресс радиологии (ICR), собравшийся в Лондоне в 1925 году, предложил создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Это называлось Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям (ICRU). ^{[ а ]} и возникла во Втором ICR в Стокгольме в 1928 году под председательством Манне Зигбана . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ б ]}

Одним из первых методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего действия на воздухе с помощью наполненной воздухом ионной камеры . На первом совещании ICRU было предложено определить одну единицу рентгеновской дозы как количество рентгеновских лучей, которое производит одну эсу заряда в одном кубическом сантиметре сухого воздуха при 0 °C и 1 стандартную атмосферу. давлении в . Эту единицу радиационного воздействия назвали рентгеном в честь Вильгельма Рентгена, умершего пятью годами ранее. На заседании ICRU в 1937 году это определение было распространено на гамма-излучение . ^{[ 11 ]} Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел тот недостаток, что не являлся прямым измерением поглощения радиации и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая человеческие ткани, и был измерением только эффекта рентгеновские снимки в конкретных обстоятельствах; эффект ионизации в сухом воздухе. ^{[ 12 ]}

В 1940 году Луи Гарольд Грей , изучавший влияние нейтронного повреждения на ткани человека, вместе с Уильямом Валентайном Мейнордом и радиобиологом Джоном Ридом, опубликовал статью, в которой была введена новая единица измерения, получившая название «грамм рентген» (символ :gr) был предложен и определялся как «то количество нейтронного излучения, которое производит приращение энергии в единице объема ткани, равное приращению энергии, производимой в единице объема воды, на один рентген радиации». ^{[ 13 ]} Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эрг в воздухе, и поглощенная доза, как впоследствии стало известно, зависит от взаимодействия излучения с облучаемым материалом, а не просто является выражением радиационного воздействия или интенсивности, которую рентген представлено. В 1953 году ICRU рекомендовал рад , равный 100 эрг/г, в качестве новой единицы измерения поглощенного излучения. Рад выражали в когерентных единицах СГС . ^{[ 11 ]}

В конце 1950-х годов CGPM предложила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международной системы единиц , или СИ. ^{[ 14 ]} Было решено определить единицу поглощенного излучения в системе СИ как энергию, выделяемую на единицу массы (именно так определялся рад), но в единицах МКС это будет Дж/кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-м CGPM, и единица была названа «серой» в честь Луи Гарольда Грея, умершего в 1965 году. Грей был равен 100 рад, единице СГС.

Другое использование

Поглощенная доза также используется для управления облучением и измерения воздействия ионизирующего излучения на неживую материю в ряде областей.

Живучесть компонентов

Поглощенная доза используется для оценки живучести таких устройств, как электронные компоненты, в условиях ионизирующего излучения.

Радиационная закалка

Измерение поглощенной дозы, поглощенной неодушевленными веществами, имеет жизненно важное значение в процессе радиационной закалки , которая повышает устойчивость электронных устройств к радиационному воздействию.

Облучение пищевых продуктов

Поглощенная доза – это физическая величина дозы, используемая для обеспечения того, чтобы облученная пища получила правильную дозу для обеспечения эффективности. В зависимости от применения используются переменные дозы, которые могут достигать 70 кГр.

Величины, связанные с радиацией

В следующей таблице показаны величины радиации в единицах СИ и других единицах СИ:

Величины, связанные с ионизирующим излучением
вид
разговаривать
редактировать
Количество	Единица	Символ	Вывод	Год	СИ эквивалент
Деятельность ( А )	беккерель	Бк	с ⁻¹	1974	единица СИ
	кюри	Там	3.7 × 10 ¹⁰ с ⁻¹	1953	3.7 × 10 ¹⁰ Бк
	Резерфорд	Роуд	10 ⁶ с ⁻¹	1946	1 000 000 Бк
Экспозиция ( X )	кулон на килограмм	С/кг	C⋅kg ⁻¹ воздуха	1974	единица СИ
Экспозиция ( X )	рентген	Р	есу / 0,001 293 г воздуха	1928	2.58 × 10 ⁻⁴ С/кг
Поглощенная доза ( D )	серый	Гай	J ⋅kg ⁻¹	1974	единица СИ
	очень за грамм	эрг/г	erg⋅g ⁻¹	1950	1.0 × 10 ⁻⁴ Гай
	рад	рад	100 erg⋅g ⁻¹	1953	0,010 Гр
Эквивалентная доза ( H )	зиверт	Св	J⋅kg ⁻¹ × В _Р	1977	единица СИ
Эквивалентная доза ( H )	Рентгеновский эквивалент человека	рем	100 erg⋅g ⁻¹ × В _Р	1971	0,010 Зв
Эффективная доза ( Е )	зиверт	Св	J⋅kg ⁻¹ × В _Р × В _Т	1977	единица СИ
Эффективная доза ( Е )	Рентгеновский эквивалент человека	рем	100 erg⋅g ⁻¹ × В _Р × В _Т	1971	0,010 Зв

Хотя Комиссия по ядерному регулированию США разрешает использовать единицы кюри , рад и бэр наряду с единицами СИ, ^{[ 15 ]} Директивы Европейского Союза о европейских единицах измерения требовали, чтобы их использование в «целях общественного здравоохранения…» было прекращено к 31 декабря 1985 года. ^{[ 16 ]}

См. также

Примечания

^ Первоначально известный как Международный комитет рентгеновского отделения.
^ Принимающая страна назначила председателя первых заседаний ICRU.

Ссылки

^ МКРЗ 2007 , глоссарий.
^ «Радиационное облучение и загрязнение – Травмы; Отравления» . Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 20 мая 2023 г.
^ «Радиационное воздействие и загрязнение – Травмы; Отравление – Справочник MSD, Профессиональная версия» . Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 6 сентября 2017 г.
^ Бутильон, М; Перрош-Ру, AM (1 февраля 1987 г.). «Переоценка значения W для электронов в сухом воздухе» . Физика в медицине и биологии . 32 (2): 213–219. Бибкод : 1987PMB....32..213B . дои : 10.1088/0031-9155/32/2/005 . ISSN 0031-9155 . S2CID 250751778 .
^ МКРЗ 2007 , с. 1.
^ «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2 . Проверено 17 мая 2012 г.
^ МКРЗ заявляет: «В диапазоне низких доз, ниже примерно 100 мЗв, с научной точки зрения обоснованно предположить, что заболеваемость раком или наследственными эффектами будет расти прямо пропорционально увеличению эквивалентной дозы в соответствующих органах и тканях. " Публикация МКРЗ 103, пункт 64
^ ICRP 2007 , параграфы 104 и 105.
^ Зигбан, Манн; и др. (октябрь 1929 г.). «Рекомендации Международного комитета рентгеновского отделения» (PDF) . Радиология . 13 (4): 372–3. дои : 10.1148/13.4.372 . S2CID 74656044 . Проверено 20 мая 2012 г.
^ «Об МКРУ - История» . Международная комиссия по радиационным единицам и мерам . Проверено 20 мая 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гилл, Дж. Х.; Мотефф, Джон (июнь 1960 г.). «Дозиметрия в Европе и СССР» . Документы третьего Тихоокеанского совещания — Материалы для ядерных применений . Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии - Третье Тихоокеанское совещание Американского общества по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. Том. 276. АСТМ Интернэшнл. п. 64. LCCN 60014734 . Проверено 15 мая 2012 г.
^ Ловелл, С. (1979). «4: Дозиметрические величины и единицы» . Введение в радиационную дозиметрию . Издательство Кембриджского университета. стр. 52–64. ISBN 0-521-22436-5 . Проверено 15 мая 2012 г.
^ Гупта, С.В. (19 ноября 2009 г.). «Луи Гарольд Грей» . Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: Международная система единиц . Спрингер. п. 144. ИСБН 978-3-642-00737-8 . Проверено 14 мая 2012 г.
^ «CCU: Консультативный комитет по подразделениям» . Международное бюро мер и весов (МБМВ) . Проверено 18 мая 2012 г.
^ 10 С.Ф.Н. 20.1004 . Комиссия по ядерному регулированию США. 2009.
^ Совет Европейских сообществ (21 декабря 1979 г.). «Директива Совета 80/181/ЕЕС от 20 декабря 1979 г. о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и об отмене Директивы 71/354/ЕЕС» . Проверено 19 мая 2012 г.

Литература

МКРЗ (2007). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). ISBN 978-0-7020-3048-2 . Проверено 17 мая 2012 г.

Внешние ссылки

Конкретные константы дозы гамма-излучения для нуклидов, важных для дозиметрии и радиологической оценки , Лори М. Унгер и Д.К. Труби, Национальная лаборатория Ок-Ридж, май 1982 г. - содержит константы дозы гамма-излучения (в тканях) примерно для 500 радионуклидов.

[9] Первоначально известный как Международный комитет рентгеновского отделения.

[12] Принимающая страна назначила председателя первых заседаний ICRU.

[FOOTNOTEICRP2007glossary-1] МКРЗ 2007 , глоссарий.

[2] «Радиационное облучение и загрязнение – Травмы; Отравления» . Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 20 мая 2023 г.

[3] «Радиационное воздействие и загрязнение – Травмы; Отравление – Справочник MSD, Профессиональная версия» . Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 6 сентября 2017 г.

[4] Бутильон, М; Перрош-Ру, AM (1 февраля 1987 г.). «Переоценка значения W для электронов в сухом воздухе» . Физика в медицине и биологии . 32 (2): 213–219. Бибкод : 1987PMB....32..213B . дои : 10.1088/0031-9155/32/2/005 . ISSN 0031-9155 . S2CID 250751778 .

[FOOTNOTEICRP20071-5] МКРЗ 2007 , с. 1.

[ICRP103-6] «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2 . Проверено 17 мая 2012 г.

[7] МКРЗ заявляет: «В диапазоне низких доз, ниже примерно 100 мЗв, с научной точки зрения обоснованно предположить, что заболеваемость раком или наследственными эффектами будет расти прямо пропорционально увеличению эквивалентной дозы в соответствующих органах и тканях. " Публикация МКРЗ 103, пункт 64

[FOOTNOTEICRP2007paragraphs_104_and_105-8] ICRP 2007 , параграфы 104 и 105.

[10] Зигбан, Манн; и др. (октябрь 1929 г.). «Рекомендации Международного комитета рентгеновского отделения» (PDF) . Радиология . 13 (4): 372–3. дои : 10.1148/13.4.372 . S2CID 74656044 . Проверено 20 мая 2012 г.

[11] «Об МКРУ - История» . Международная комиссия по радиационным единицам и мерам . Проверено 20 мая 2012 г.

[GM-13] Перейти обратно: ^а ^б Гилл, Дж. Х.; Мотефф, Джон (июнь 1960 г.). «Дозиметрия в Европе и СССР» . Документы третьего Тихоокеанского совещания — Материалы для ядерных применений . Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии - Третье Тихоокеанское совещание Американского общества по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. Том. 276. АСТМ Интернэшнл. п. 64. LCCN 60014734 . Проверено 15 мая 2012 г.

[Lovell4-14] Ловелл, С. (1979). «4: Дозиметрические величины и единицы» . Введение в радиационную дозиметрию . Издательство Кембриджского университета. стр. 52–64. ISBN 0-521-22436-5 . Проверено 15 мая 2012 г.

[Gupta2009-15] Гупта, С.В. (19 ноября 2009 г.). «Луи Гарольд Грей» . Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: Международная система единиц . Спрингер. п. 144. ИСБН 978-3-642-00737-8 . Проверено 14 мая 2012 г.

[16] «CCU: Консультативный комитет по подразделениям» . Международное бюро мер и весов (МБМВ) . Проверено 18 мая 2012 г.

[17] 10 С.Ф.Н. 20.1004 . Комиссия по ядерному регулированию США. 2009.

[18] Совет Европейских сообществ (21 декабря 1979 г.). «Директива Совета 80/181/ЕЕС от 20 декабря 1979 г. о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и об отмене Директивы 71/354/ЕЕС» . Проверено 19 мая 2012 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ а ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ б ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

v т и Радиационная защита
Основные статьи	Фоновое излучение Дозиметрия Физика здоровья Ионизирующее излучение Внутренняя дозиметрия Радиоактивное загрязнение Радиоактивные источники Радиобиология
Измерение количества и единицы	Поглощенная доза Беккерель Ожидаемая доза Индекс дозы компьютерной томографии Счетов в минуту Эффективная доза Эквивалентная доза Серый Средняя доза для желез Мониторный блок Рад рентген Рем Зиверт
Инструменты и методы измерения	Воздушный мониторинг радиоактивных частиц Дозиметр счетчик Гейгера Ионная камера Сцинтилляционный счетчик Пропорциональный счетчик Радиационный мониторинг Полупроводниковый детектор Обзорный измеритель Подсчет всего тела
Методы защиты	Свинцовая защита Перчаточный ящик Йодид калия Смягчение воздействия радона Респираторы
Организации	Евратом ГПС (США) МАГАТЭ МКРУ МКРЗ IRPA СРП (Великобритания) НКДАР ООН
Регулирование	IRR (Великобритания) НРК (США) ОНР (Великобритания) Конвенция о радиационной защите, 1960 г.
Радиационные эффекты	Острый лучевой синдром Радиационно-индуцированный рак
См. также категории: Медицинская физика , Радиационные эффекты , Радиоактивность , Радиобиология и Радиационная защита.