Единицы измерения и дозы радиации

Радиация в медицине

Радиацию используют в медицине и пищевой промышленности. С ее помощью уничтожают ДНК и клетки бактерий, вирусов, а также раковые клетки.

Кроме описанной выше локализованной лучевой терапии, радиацию используют для стерилизации медицинских инструментов и помещений. Их подвергают облучению, чтобы уничтожить бактерии и вирусы. Обычно инструменты упаковывают в герметичные пакеты, чтобы они оставались стерильными и после стерилизации. Слишком большие дозы радиации разрушают материалы, даже метал, поэтому дозы радиации строго ограничены.

Облученная птица. Международный знак «радура».

Последствия облучения радиоактивными волнами

Поражение людей ионизирующим излучением может проявиться в виде лучевой болезни разной степени тяжести. Лучевая болезнь проявляется при дозе облучения, равной 1 зиверту. Увеличение дозы двукратно значительно увеличивает риск развития онкологического заболевания, а при трёхкратном увеличении велик риск смертельного облучения.

Первые симптомы лучевой болезни:

• диарея;
• синдром хронической усталости;
• тошнота, рвота;
• надсадный кашель;
• нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы.

Воздействие радиоактивных частиц может вызвать лучевые ожоги. При крупных дозах излучения происходит поражение эпителиоцитов, разрушение костной и мышечной тканей. Помимо ожогов, могут появляться метаболические нарушения, сопутствующие инфекции, лучевая катаракта и бесплодие.

Возможен также стохастический эффект, проявляющийся в появлении раковых опухолей. Чаще всего онкология возникает в молочной железе, щитовидной железе и нижних отделах кишечника.

Оценка действия радиации на живые организмы

Если биологические ткани облучать различными типами радиации, обладающими одной и той же энергией, то последствия для организма будут отличаться. Иными словами, если при поглощении одной нормы радиации последствия будут серьезно разниться при альфа-излучении и гамма-излучении. Поэтому, чтобы оценить воздействие ионизирующего излучения на живые организмы, не хватает понятий экспозиционной и поглощенной дозы, также используется эквивалентная.

Это доза радиации, которая была поглощена живым организмом, помноженная на коэффициент k, который учитывает уровень опасности разных типов радиации. Измерение происходит с использованием Зиверт (Зв).

Нормы радиации согласно СанПин

В соответствии с СанПиНом 2.6.1.2523-09, эффективная доза облучения естественными источниками излучения любых работников, в т. ч. медперсонала, не должна составлять более 5 мЗв в год в производственных условиях (любые типы профессий и производств).

Если говорить о конкретных нормах радиации, то усредненные показатели радиационных факторов в течение 12 месяцев, которые соответствуют при монофактором воздействии дозе в 5 мЗв при длительности рабочего процесса 2000 часов/год, примерной скорости дыхания 1,2 кубометра/час, условии радиоактивного равновесия радионуклидов ториевого и уранового рядов в пыли, составляют:

• удельная активность на производстве тория 232 (пребывающего в радиоактивном равновесии с членами ряда) – 27/f, кБк/кг.;
• ЭРОАtn в воздухе – 68 Бк/кубометр;
• мощность эффективной дозы γ-излучения – 2,5 мкЗв/час;
• ЭРОАFn в воздухе – 310 Бк/кубометр;
• удельная активность на производстве урана 238 (пребывающего в радиоактивном равновесии с членами ряда) – 27/f, кБк/кг.

Данные нормы радиации весьма условны, потому что многое будет зависеть от конкретных производственных условий, специфики сферы деятельности и других факторов.

Единицы измерения радиации

Контроль ионизирующего излучения предполагает проведение замеров с последующим соотнесением результатов с определёнными нормами, прописанными в нормативно-правовых документах. Эти же документы регулируют, например, то, что поставщики определённой продукции должны предоставлять данные о её соответствии определёнными нормам, касательно ионизирующего излучения.

Любое место имеет радиационный фон. Однако в большинстве мест уровень радиации считается безопасным. Самый популярный её показатель — доза, единица энергии, которую способно поглотить вещество при прохождении через него радиоактивного излучения. Основные виды доз и их предельно допустимые значения:

1. Экспозиционная доза. Её замеряют при рентгеновском и гамма-излучении. Она показывает степень ионизации воздуха. Внесистемными единицами данного показателя являются рентгены или бэры. В системе СИ — [Кл/Кг].
2. Эффективная доза. Рассчитывается для каждого органа по отдельности. Соответственно, наибольшее распространение термин получил в медицинской среде. Мера — зиверт.
3. Поглощённая доза. Единица измерения — грэй. Внесистемная — рад.
4. Эквивалентная доза. Его величина зависит от типа излучения, так как в формуле присутствует коэффициент, отличный для каждого из видов радиационных волн.

Таким образом, на вопрос, в чём измеряется излучение, нельзя ответить однозначно, так как данный физический процесс имеет множество аспектов, каждый из которых можно рассматривать по отдельности.

Чем вредно ионизирующее (рентгеновское) облучение?

По данным актуальных исследований библиотек РИНЦ и PubMed, а также в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности населения РФ (НРБ), не рекомендуется облучается более чем на 15-20 мЗв в год. На новых КТ-аппаратах (МСКТ), в зависимости от исследуемых зон, это около 5-8 сканирований.
На аппаратах старого образца из-за меньшего количества чувствительных датчиков, срезов и большего времени сканирования лучевая нагрузка выше.

После КТ радиоактивные элементы не сохраняются и не накапливаются в организме человека. X-ray лучи сканируют только зону интереса, и это длится 30-45 секунд.

Организм человека содержит необходимые ему химические элементы — водород, железо, калий и др. Распад этих элементов — тоже в своем роде является радиоактивным процессом, который происходит ежесекундно, на протяжении всей жизни человека. Некоторое количество радиации человек получает из атмосферы, воды, от природных радионуклидов. Это называется естественным радиационным фоном.

Доза радиации, полученная пациентом в рамках медицинских обследований не велика — это справедливо как для рентгена, так и для КТ. Однако организм каждого человека по-разному реагирует на воздействие x-ray излучения: если одни пациенты сравнительно легко переносят лучевую нагрузку, равную 50 мЗв, то для других аналогичной по воздействию будет нагрузка 15 мЗв.

Поскольку норма относительна, а порог, при котором негативного воздействия гарантированно не произойдет, отсутствует, принято считать, все виды исследований с применением ионизирующего излучения потенциально вредны. Организм взрослого человека более резистентен к радиации, а дети более чувствительны. Однако у некоторых пациентов имеются отягчающие факторы в анамнезе или индивидуальные особенности организма.

Например, по одним данным считается, что у годовалого ребенка, которому проводится КТ брюшной полости, пожизненный риск онкологии возрастает на 0,18%. Однако если ту же процедуру проходит взрослый или пожилой человек, то этот риск будет существенно ниже. Считается, что регулярное дозированное рентгеновское облучение даже полезно, поскольку организм адаптируется к лучевой нагрузке, и его защитные силы возрастают.

По данным другого исследования, проводимого на когортной группе детей в период с 1996 по 2010 гг. в США, «ежегодно по стране 4 миллиона детских компьютерных томографов головы, живота / таза, грудной клетки или позвоночника вызовут 4870 случаев рака. Этот процент уменьшится, если сократить количество исследований, доза облучения в которых превышает 20 мВз».*

*“The use of computed tomography in pediatrics and the associated radiation exposure and estimated cancer risk”, 2013 (Diana L Miglioretti , Eric Johnson, Andrew Williams, Robert T Greenlee)

Избыток радиации может стать спусковым механизмом для онкологии, дегенеративных нейрозаболеваний (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона). Беременным женщинам (даже если факт беременности еще не подтвержден, но существует вероятность вынашивания плода на данный момент) противопоказано дополнительное радиационное воздействие, то есть делать КТ в этот период можно только по жизненным показаниям, из-за риска тератогенного воздействия ионизирующего излучения на формирующийся плод.

Большинство медиков сегодня склоняются к мнению, что польза целесообразной компьютерной томографии несомненно превышает вред, однако уровень лучевого воздействия на организм, даже с целью медицинской диагностики, следует сводить к минимуму. Например, для наблюдения изменений легочных лимфоузлов или камней в почках диагностические изображения могут быть получены при дозе на 50-75 % ниже, чем при использовании стандартных протоколов. То есть в некоторых случаях могут быть применены низкодозные КТ-протоколы.

Учет доз облучения

По закону, каждое диагностическое исследование, связанное с рентгеновским облучением, должно быть зафиксировано в листе учета дозовых нагрузок, который заполняет врач-рентгенолог и вклеивает в вашу амбулаторную карту. Если вы обследуетесь в больнице, то эти цифры врач должен перенести в выписку.

На практике этот закон мало кто соблюдает. В лучшем случае вы сможете найти дозу, которой вас облучили, в заключении к исследованию. В худшем — вообще никогда не узнаете, сколько энергии получили с незримыми лучами. Однако ваше полное право — потребовать от врача рентгенолога информацию о том, сколько составила «эффективная доза облучения» — именно так называется показатель, по которому оценивают вред от рентгена. Эффективная доза облучения измеряется в милли- или микрозивертах — сокращенно «мЗв» или «мкЗв».

Раньше дозы излучения оценивали по специальным таблицам, где были усредненные цифры. Теперь каждый современный рентгеновский аппарат или компьютерный томограф имеют встроенный дозиметр, который сразу после исследования показывает количество зивертов, полученных вами.

Радиация во время авиаперелетов

Чем больше высота над уровнем моря, тем выше уровень радиации, так как космическая радиация сильнее, чем земная. На Земле она — 0,06 микрозиверта в час, но на высотах полета на крейсерской скорости она увеличивается примерно в 100 раз, то есть до 6 микрозивертов в час.

Общую эквивалентную дозу радиации можно найти следующим образом. Согласно информации на сайте Канадских авиалиний Air Canada, в среднем их пилоты проводят в воздухе примерно 80 часов в месяц или 960 часов в год. Столько же в среднем проводят бортпроводники в Аэрофлоте, согласно их вебсайту. Умножив эти часы на уровень радиации, получаем 5760 микрозивертов, то есть 5,76 миллизиверта в год. Это немного ниже облучения, полученного во время компьютерной томографии грудной клетки (7 миллизивертов). Облучение, получаемое пилотами — десятая часть максимально допустимой годовой дозы, которую могут получить работники на опасных производствах в США.

Эти цифры основаны на радиации на высотах полета с крейсерской скоростью, однако экспозиционная доза, полученная на самом деле, может отличаться в зависимости от того, на каких высотах летает тот или иной пилот. Также, правила безопасности отличаются в разных странах, и пилоты могут находиться в воздухе больше, или меньше, в зависимости от правил их авиакомпании. Эта доза — только радиация, полученная во время работы, но пилоты, как и все люди, подергаются дополнительному облучению в повседневной жизни. Для жителей Северной Америки эта дополнительная радиация — около 4 миллизивертов в год.

Любое облучение, в частности космическое, повышает риск заболевания раком. Риск есть и для детей, если до их зачатия отец или мать подвергались воздействию радиации. Также существует риск, если мать еще нерожденного ребенка во время беременности работала пилотом или бортпроводником. Такое облучение увеличивает вероятность детского рака, а также аномалий в развитии и психике.

Внешние ссылки [ править ]

Как радиоактивное ионизирующее излучение воздействует на организм человека?

Радиоактивное излучение запускает механизм выработки свободных радикалов. Их избыток при низком антиоксидантом (защитном) статусе организма приводит к разрушению клеточных компонентов, в том числе к деструкции и сокращению теломеров — концевых участков молекул ДНК. Также процессу окисления подвержены липиды и белки мембран.

В норме организм человека легко переносит диагностические мероприятия и самостоятельно восстанавливается — дополнительно ничего предпринимать не нужно. Вслед за окислительными процессами, вызванными свободными радикалами, начинается восстановление, и ресурсов организма для этого достаточно.

В конце ХХ — начале XXI века был открыт фермент теломеразы (активен в половых, стволовых и онкологических клетках). За его открытие Э. Блэк-Бёрн, К. Грейдер и Дж. Шостак были удостоены Нобелевской премии в 2009 году. Теломераза отвечает за «удлинение» теломеров, это значит что их разрушение нельзя считать необратимым. Однако ученые заметили и другую закономерность: рак и рост онкологической опухоли возможен тогда, когда молекулы ДНК существенно укорочены и повреждены, при этом фермент теломеразы пребывает в активном состоянии. Это своеобразный «сбой» генетической программы, который приводит к опасным последствиям.

В целом, среднестатистический здоровый организм взрослого человека в состоянии восстановиться после облучения, равного 50-100 мЗв в год. При большем систематическом воздействии радиации развивается лучевая болезнь.

Детерминированные эффекты [ править ]

Обычно при радиационной защите немодифицированная 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 обязательно произойдут в короткие сроки.

Последствия острого радиационного облучения

Фаза
Симптом

всего тела ( Гр )
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 ч
10–60 мин.
10%)
Тяжелая (> 95%)
Тяжелый (100%)
Время начала
—
3–8 ч
1–3 ч
24 ч.
Быстрое выведение из строя

Судороги , тремор , атаксия , летаргия

Инкубационный период

28–31 день
7–28 дней

Измерение радиационного излучения

При слове «радиация» у многих людей в мозге возникает картины страшной аварии на Чернобыльской АЭС. Однако люди каждый день подвергаются воздействию тех или иных ионизирующих факторов. Для измерения этого ионизирующего излучения существует ряд приборов. Соответственно, существуют и единицы измерения, и допустимые нормы радиационного фона.

К основным источникам радиации относятся:

• природные радиоактивные вещества, окружающие человека (70%);
• медицинские аппараты: рентген, томограф и прочие (10%);
• космическая солнечная радиация (именно от неё человечество защищает озоновый слой) (15%);
• бытовые электроприборы (5%).

Проверку на величину радиационного фона и силу излучения проводят с помощью специальных приборов, которые позволят с точностью определить, насколько интенсивно излучение в исследуемом участке. Чаще всего замеры проводят в следующих местах и случаях:

• при наличии рядом явного источника радиационного заражения (вблизи атомных электростанций);
• во время путешествий и походов по неизвестной территории, где рядом может находиться радиоактивный источник;
• перед строительством жилого дома или при приобретении квартиры.

Уровни безопасности при радиации

Есть строго определённые уровни безопасных величин радиационного фона для человека. Для каждой территории свойственен свой уровень радиационного фона. Безопасным и приемлемым показателем для человека является излучение, величиной 20 микрорентген в час, что соответствует 0,2 микрозивертам в час. Предельно допустимая доза, то есть, такая, что неспособна нанести вред человеческому организму, — 50 микрорентген в час или 0,5 микрозиверта в час. Любой фон, выше данных значений, является небезопасным, и долго пребывать в подобных участках крайне не рекомендуется.

Считается, что доза облучения, которую человек может вынести без особого вреда здоровью, — 10 микрозивертов. Если ионизирующее воздействие было очень кратковременным, то речь идёт о величине нескольких миллизивертов. Таким воздействием, например, обладает рентген-аппарат.

Важно! Человеческий организм способен накапливать облучение на протяжении всей жизни. Следует помнить, что порог подобного накопления — 700 миллизивертов

Его ни в коем случае нельзя пересекать!

Табличная инфографика, иллюстрирующая количество радиоактивного облучения, с которым человек сталкивается в повседневной жизни и которое может нанести вред здоровью. В таблице единицами измерения радиации являются миллизиверты .

Единица измерения дозы облучения / дозы радиации Зиверт. Опасные и повседневные уровни радиации. Единица измерения радиации Зиверт (Зв). Опасные и повседневные уровни радиации

Зиверт (обозначение: Зв, Sv) — единица измерения СИ эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения (используется с 1979 г.). 1 зиверт — это количество энергии, поглощенное килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощенной дозе 1 Гр (1 Грей).

Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом:1 Зв = 1 Дж/кг = 1 м2 / с2 (для излучений с коэффициентом качества, равным 1,0)

Равенство зиверта и грея показывает, что эффективная доза и поглощeнная доза имеют одинаковую размерность, но не означает, что эффективная доза численно равна поглощeнной дозе. При определении эффективной дозы учитывается биологическое воздействие радиации, она равна поглощённой дозе, умноженной на коэффициент качества, зависящий от вида излучения и характеризует биологическую активность того или иного вида излучения. Имеет большое значение для радиобиологии.

Единица названа в честь шведского учeного Рольфа Зиверта.

Раньше (а иногда и сейчас) использовалась единица бэр(биологический эквивалент рентгена), англ. rem (roentgen equivalent man) — устаревшая внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. 100 бэр равны 1 зиверту. Также верно что 100 рентген = 1 зиверт с оговоркой, что рассматривается биологическое действие рентгеновского излучения.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Допустимые и смертельные дозы для человека

Миллизиверт часто используется как мера дозы при медицинских диагностических процедурах (рентгеноскопия, рентгеновская компьютерная томография и т. п.).

Согласно постановлению главного государственного санитарного врача России за № 11 от 21 апр. 2006 г. «Об ограничении облучения населения при проведении рентгенорадиологических медицинских исследований», п. 3.2, необходимо «обеспечить соблюдение годовой эффективной дозы 1 мЗв при проведении профилактических медицинских рентгенологических исследований, в том числе при проведении диспансеризации».

Естественное фоновое ионизирующее излучение в среднем равно 2,4 мЗв/год. При этом разброс значений фонового излучения в разных точках Земли составляет 1—10 мЗв/год.

При однократном равномерном облучении всего тела и неоказании специализированной медицинской помощи смерть наступает в 50 % случаев:

• при дозе порядка 3-5 Зв из-за повреждения костного мозга в течение 30—60 суток;
• 10 ± 5 Зв из-за повреждения желудочно-кишечного тракта и лeгких в течение 10—20 суток;
• > 15 Зв из-за повреждения нервной системы в течение 1—5 суток.

Величины, связанные с радиацией [ править ]

В следующей таблице показаны величины излучения в единицах СИ и не в системе СИ:

Хотя Комиссия США по ядерному регулированию допускает использование единиц кюри , рад и бэры рядом единиц СИ, в Европейском Союзе европейских единицы измерения директив требуют , чтобы их использование для «общественного здравоохранения … цели» будет прекращено до 31 декабря 1985 г.

Разработка концепции поглощенной дозы и серого [ править ]

Использование раннего рентгеновского аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Один человек рассматривает свою руку с помощью флюороскопа, чтобы оптимизировать излучение трубки, а голова другого находится близко к трубке

Никаких мер предосторожности не принимается.

Памятник мученикам радиологии, установленный в 1936 году в больнице Св. Георга в Гамбурге, новые имена добавлены в 1959 году.

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

Из-за широкого использования рентгеновских лучей и растущего осознания опасности ионизирующего излучения возникла необходимость в эталонах интенсивности излучения, и в разных странах были разработаны свои собственные, но с использованием разных определений и методов. В конце концов, чтобы способствовать международной стандартизации, на первом заседании Международного радиологического конгресса (ICR) в Лондоне в 1925 году было предложено создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Это называлось Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям , или ICRU, и возникло во Втором ICR в Стокгольме в 1928 году под председательством Манна Зигбана .

Одним из первых методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего эффекта в воздухе с помощью ионной камеры, заполненной воздухом . На первом заседании ICRU было предложено, чтобы одна единица дозы рентгеновского излучения определялась как количество рентгеновских лучей, которые производят один эквивалент заряда в одном кубическом сантиметре сухого воздуха при 0  ° C и давлении 1 стандартная атмосфера. . Эта единица радиационного облучения была названа рентгеном в честь умершего пятью годами ранее Вильгельма Рентгена. На заседании ICRU в 1937 году это определение было распространено на гамма-излучение . Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел недостаток в том, что он не являлся прямым измерением поглощения излучения и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая ткани человека, и был измерением только эффекта рентгеновские лучи при определенных обстоятельствах; эффект ионизации в сухом воздухе.

В 1940 году Луи Гарольд Грей , изучавший влияние нейтронного повреждения на человеческие ткани, вместе с Уильямом Валентином Мейнердом и радиобиологом Джоном Ридом опубликовал статью, в которой новая единица измерения получила название «грамм рентген» (символ : gr) был предложен и определялся как «количество нейтронного излучения, которое дает приращение энергии в единице объема ткани, равное приросту энергии, произведенной в единице объема воды одним рентгеном излучения». Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эрг в воздухе, а поглощенная доза, как впоследствии стало известно, зависела от взаимодействия излучения с облучаемым материалом, а не только от выражения радиационного воздействия или интенсивности, которую рентген представлены. В 1953 году ICRU рекомендовал рад , равный 100 эрг / г, в качестве новой единицы измерения поглощенного излучения. Рад выражался в когерентных единицах cgs .

В конце 1950-х годов CGPM пригласила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международной системы единиц или СИ. Было решено определить в системе СИ единицу поглощенного излучения как энергию, выделяемую на единицу массы, как было определено в рад, но в единицах МКС это было бы Дж / кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-м CGPM, и устройство было названо «серым» в честь Луи Гарольда Грея, умершего в 1965 году. Серый цвет был равен 100 рад, единице cgs.