Z pewnością obiły Ci się o uszy nazwy takie jak grej, siwert czy rad. Najprawdopodobniej kojarzysz je z promieniotwórczością - i słusznie. Warto jednak dowiedzieć się, co one dokładnie znaczą.

Wszystkie poprzednie nazwy są nazwami jednostek związanymi z mierzeniem różnych wielkości dotyczących promieniowania jonizującego. Najważniejsze wielkości związane z promieniowaniem to:

• Aktywność promieniotwórcza (A [Bq])
• Napromienienie (X [C/kg])
• Dawka pochłonięta (D [Gy])
• Odpowiednik dawki pochłoniętej (H [Sv])

Aktywność

Aktywność promieniotwórcza jest miarą radioaktywności próbki materiału promieniotwórczego, mierzoną w częstotliwości zachodzących rozpadów promieniotwórczych w jednostce czasu. Jako wielkość fizyczną oznacza się ją literą A.

A - aktywność próbki; n - liczba rozpadów; t - jednostka czasu
m - masa izotopu promieniotwórczego w próbce; n_A - liczba Avogadra; M - masa molowa izotopu promieniotwórczego; τ_1/2 - okres półtrwania izotopu

Pierwszą jednostką aktywności był curie (Ci). Próbka o aktywności 1 curie była zdefiniowana jako próbka ulegająca rozpadowi z taką szybkością, jak 1 gram radu. Obecnie jednak definicja jest bardziej precyzyjna - 1 curie to aktywność próbki, w której następuje 3,7 · 10¹⁰ rozpadów na sekundę. W systemie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq), który odpowiada jednemu rozpadowi promieniotwórczemu na sekundę (1 · s^-1). Bekerel jest jednostką bardzo małą, dlatego częściej używa się jednostek wielokrotnych, takich jak MBq, GBq, TBq czy PBq.

1 Ci = 37 GBq

Aktywność promieniotwórcza rzecz jasna może odnosić się tylko do określonej próbki badanej w określonym czasie, ponieważ wielkość ta zmienia się z czasem.

Aktywność promieniotwórczą danej próbki możemy łatwo obliczyć, znając jej skład izotopowy i okresy półtrwania poszczegółnych izotopów. W tym celu pierwszą rzeczą jest zamiana okresu półtrwania na sekundy. Jeśli podany jest on w latach, mnożymy go przez 31555008 (= 365,22 · 24 · 60 · 60), jeśli w dniach - przez 86400. Następnie obliczamy stałą rozpadu λ :

λ = ln 2 / τ_1/2

gdzie τ_1/2 oznacza okres półtrwania w sekundach. Następnie, aby otrzymać aktywność pojedyńczego izotopu wchodzącego w skład próbki, Mnożymy otrzymaną masę przez liczbę atomów danego izotopu występujących w próbce. Liczba atomów izotopu jest równa jest masie izotopu w próbce podzielonej przez jego liczbę masową i pomnożonej przez liczbę Avogadra (6,02 · 10²³). Sumaryczną aktywność próbki obliczamy dodając wartości otrzymane dla pojedyńczych izotopów.

Przykładowe aktywności promieniotwórcze najważniejszych radionuklidów

Wartość aktywności podana w trzeciej kolumnie to aktywność molowa (aktywność jednego mola nuklidu), a podana w czwartej - aktywność jednego grama nuklidu.

*) d = dzień, a = rok

Napromienienie

Napromienienie (napromieniowanie) jest miarą jonizacji powietrza, a co za tym idzie energii pochodzącej od promieniowania gamma i X pochłoniętej przez powietrze. Oznacza się ją literą X.

X - napromienienie; q - ładunek obecnych jonów; m - masa badanego powietrza

Tradycyjna jednostka promieniowania - rentgen (R) - jest określona jako ilość energii fotonowej potrzebnej do wytworzenia 1,610 · 10¹² par jonów w 1 cm³ suchego powietrza w temperaturze 0°C. Jednostką układu SI dla napromienienia jest kulomb na kilogram (C · kg^-1, C/kg).

1 C · kg^-1 = 3875,97 R

Napromienienie można łatwo zmierzyć, jednak jego wielkość dostarcza niewielu informacji o potencjalnych efektach promieniowania dla człowieka. Ponadto wielkość ta nie uwzględnia promieniowania o energii mniejszej od 3 MeV, gdyż promieniowanie o niższej energii nie powoduje powstawania jonów przy przechodzeniu przez powietrze.

Dawka pochłonięta

Dawka pochłonięta to energia zaabsorbowana przez dany obiekt (np. organizm żywy, budowlę itp.) na jednostkę masy w postaci promieniowania. Dawkę pochłoniętą oznacza się literą D.

D - dawka pochłonięta; E - energia promieniowania pochłoniętego przez ciało; m - masa ciała

Tradycyjną jednostką dawki pochłoniętej jest rad, który odpowiada pochłonięciu energii 100 ergów przez 1 gram materii. Jednostką SI jest grej (Gy), który odpowiada pochłonięciu energii 1 J przez 1 kg materii.

1 Gy = 100 rad

Dawka pochłonięta jest wielkością fizyczną, lecz nie uwzględnia różnego wpływu różnych rodzajów promieniowania i różnych wrażliwości poszczególnych części ciała. Z tego powodu rzadko używa się ją do mierzenia promieniowania. Użyta jest jednak w definicji niewielkiej dawki promieniowania, która jest rozumiana dwojako:

• Dawka, przy której nie da się jeszcze wykryć złego wpływu na stan zdrowotny człowieka (200 mGy)
• Dawka niższa od średniego światowego tła naturalnego (5 mGy)

Za pomocą dawki pochłoniętej mierzy się także tło naturalne, przy czym wyraża się je w mGy/a (miligrejach na rok) lub μGy/a (mikrogrejach na rok). Może ono być różne w zależności od miejsca.

Przykładowe tła naturalne

Dawka równoważna

Dawka równoważna nie jest jednostką fizyczną, lecz toksykologiczną. Jest używana do mierzenia promieniowania pod względem efektów wywoływanych w organizmach żywych. Oznacza się ją literą H.

W równaniu tym D jest równe dawce pochłoniętej wyrażonej w grejach, Q to mnożnik zależny od rodzaju promieniowania, a N od typu gatunku organizmu i napromieniowanej części ciała. W przypadku napromieniowania wielu części ciała całkowita dawka równoważna (nazywana dawką skuteczną) jest równa sumie dawek równoważnych dla poszczególnych części ciała. Jednostką dawki równoważnej i skutecznej jest siwert (Sv). Wymiarem siwerta jest m² · s² (J · kg^-1) - tak samo jak w przypdaku dawki pochłoniętej Aby odróżnić dawkę równoważną i skuteczną od dawki pochłoniętej należy wyrażać ją w odpowiednich jednostkach (siwertach i grejach). Dawniej jako jednostkę dawki równoważnej stosowano także rem.

1 Sv = 100 rem

Przyjęcie w krótkim okresie czasu dawki 1 Sv promieniowania prowadzi do zmian w krwi. Dawka 2-5 Sv powoduje wymioty, zaczerwienie skóry, biegunkę i objawy zatrucia. Dawka 6 Sv zazwyczaj powoduje śmierć w ciągu 2 miesięcy od jej przyjęcia.

Wartości Q dla różnych rodzajów promieniowania

Wybrane wartości N

Artykuł napisał
Tweenk

Źródła:

• Fun with Nuclear Medicine!
• NDT Resource Center
• Kimball's Biology Pages
• Wikipedia
• Annual terrestial radiation doses in the world