Кіріспе

Иондаушы сәулеленудің эквивалентті дозасының SI бірлігі

Сиверт (символ: Sv) – Халықаралық бірліктер жүйесіндегі (SI) бірлік, иондаушы сәулеленудің стохастикалық денсаулық тәуекелін көрсетуге арналған, ол сәулеленуден туындаған қатерлі ісік пен генетикалық зақымдану пайда болу ықтималдығы ретінде анықталады. Сиверт дозиметрия және радиациялық қорғануда маңызды. Ол радиациялық дозаны өлшеу және радиацияның биологиялық әсерін зерттеу жөніндегі еңбектерімен танымал швед физигі-медигі Рольф Максимилиан Сиверттің құрметіне аталған. Сиверт эквивалентті доза және тиімді доза сияқты сәулелену дозасы шамалары үшін қолданылады, олар денеден тыс көздерден келетін сыртқы сәулелену қаупін, ал жинақталған доза – тыныспен немесе жұту арқылы түскен радиоактивті заттарға байланысты ішкі сәулелену қаупін көрсетеді. Халықаралық радиациялық қорғау жөніндегі комиссияның (ICRP) мәліметінше, бір сиверт иондаушы сәулеленудің сызықты емес, шектік жоқ моделіне сүйене отырып, әйелдерде қатерлі ісікке шалдығу ықтималдығын 5,5%-ға арттырады. Сиверттермен денсаулыққа стохастикалық тәуекелдің шамасын есептеу үшін сіңірілген дозаның физикалық шамасы ICRP және Радиациялық бірліктер мен өлшемдер жөніндегі халықаралық комиссия (ICRU) жариялаған сәулелену түрі мен биологиялық контекстке сәйкес факторларды қолдану арқылы эквивалентті дозаға және тиімді дозаға түрлендіріледі. Бір сиверт 100 ремге тең, бұл – ескі, CGS сәулелену бірлігі. Әдетте, сәулеленудің жоғары деңгейінен туындаған тіндерге ауыр зақым келтіретін, анық болатын денсаулыққа әсері сіңірілген дозаның физикалық шамасымен салыстырылады, ол грей (Gy) бірлігімен өлшенетін.

Сыртқы дозаның мөлшері

Сиверт сыртқы иондаушы сәулеленудің адам тіндеріне тигізетін стохастикалық әсерлерін көрсету үшін қолданылғанда, алынған сәулелену дозалары практикада радиометриялық құралдармен және дозиметрлермен өлшенеді және олар операциялық шамалар деп аталады. Осы нақты алынған дозаларды ықтимал денсаулық салдарымен байланыстыру үшін, ірі эпидемиологиялық зерттеулердің нәтижелерін пайдаланып, денсаулыққа ықтимал әсерлерін болжауға мүмкіндік беретін қорғау шамалары әзірленді. Осының нәтижесінде, ICRP-мен бірлесе жұмыс істейтін ICRU-ның үйлесімді жүйесінде бірнеше доза шамаларын құру қажет болды. Сыртқы доза шамалары мен олардың арақатынастары қоса берілген диаграммада көрсетілген. ICRU негізінен иондаушы сәулелену метрологиясын қолдану негізінде операциялық доза шамаларына жауапты, ал ICRP негізінен дозаны сіңіру және адам организмінің биологиялық сезімталдығын модельдеуге негізделген қорғау шамаларына жауапты.

Атау беру ережесі

ICRU/ICRP дозаларының шамалары нақты мақсаттар мен мағыналарға ие, бірақ кейбіреулері бірдей сөздерді басқа ретпен қолданады. Мысалы, эквивалентті доза мен доза эквиваленті арасында жаңылысу тууы мүмкін. CIPM анықтамасы биологиялық әсерді есептеуде ICRU-ның сызықтық энергия беру функциясы (Q) қолданылатынын көрсетсе де, ICRP 1990 жылы "қорғау" дозаларының шамаларын – тиімді және эквивалентті дозаны әзірледі, олар күрделі есептеу модельдерінен есептеледі және атауларында "доза эквиваленті" деген тіркес жоқ. Тек есептеу үшін әлі де Q қолданатын операциялық доза шамалары ғана "доза эквиваленті" тіркесін сақтайды. Дегенмен, ICRU/ICRP бірлескен ұсыныстары бар, олар осы жүйені жеңілдету үшін операциялық доза анықтамаларын қорғау шамаларының анықтамаларымен үйлестіруге бағытталған өзгерістерді қарастырады. Бұл ұсыныстар 2015 жылдың қазан айында өткен Радиологиялық қорғау жөніндегі үшінші халықаралық симпозиумда жарияланды. Егер олар іске асырылса, операциялық шамаларды атау логикалық бола түсер еді, себебі "көздің линзасына берілген доза" және "жергілікті теріге берілген доза" эквивалентті дозалар ретінде енгізілер еді.

Физикалық шамалар

Бұл тікелей өлшенетін физикалық шамалар, оларға биологиялық әсерлер ескерілмеген. Радиациялық флюенс – бірлік уақыт ішінде бірлік ауданға түсетін сәулелену бөлшектерінің саны, керма – гамма және рентген сәулелерінің ауаға тигізетін иондау әсері және құралдарды калибрлеу үшін пайдаланылады, ал сіңірілген доза – қарастырылып отырған зат немесе тіндердің бірлік массасына жұмсалған сәулелену энергиясының мөлшері.

Операциялық мөлшерлер

Операциялық шамалар тәжірибеде өлшенеді және олар әсер ету нәтижесінде дозаның қабылдануын тікелей өлшеу немесе өлшенген ортада дозаның қабылдануын болжау құралы болып табылады. Осылайша, олар дозаны бақылау үшін қолданылады, өйткені экспозицияға байланысты қорғау шамаларының мөлшерін немесе жоғарғы шегін ұсынады. Олар сондай-ақ практикалық регламенттер мен ұсынымдарда қолданылады. Фотондық өрістердегі жеке және аумақтық дозиметрлерді калибрлеу екінші электрондық тепе-теңдік жағдайында "ауадағы кермасыз ауадағы" соқтығысуды өлшеу арқылы жүзеге асырылады. Содан кейін ауа кермасын тиісті операциялық шамаға байланыстыратын түрлендіру коэффициентін қолдану арқылы тиісті операциялық шама есептеледі. Фотон сәулеленуі үшін түрлендіру коэффициенттерін ICRU жариялайды. Жасырау (антропоморфты емес) "фантомдар" операциялық шамаларды өлшенген бос ауа сәулеленуімен байланыстыру үшін қолданылады. ICRU сфералық фантомы ICRU 4 элементі тіндерге тең материалдың анықтамасына негізделген, ол шын мәнінде жоқ және оны жасау мүмкін емес. ICRU сферасы – диаметрі 30 см "тіндерге тең" сфера, тығыздығы 1 г·см−3 және массалық құрамы 76,2% оттегі, 11,1% көміртек, 10,1% сутек және 2,6% азоттан тұрады. Бұл материал сіңіру қасиеттері бойынша адам тіндеріне ең жақын болуы тиіс. ICRP пікірінше, ICRU "сфералық фантомы" қарастырылып отырған тереңдеу сәулелену өрістерінің шашырауы мен әлсіреуі тұрғысынан адам денесін жеткілікті дәрежеде жақындатады. Осылайша, белгілі бір энергия флюенсінің сәулеленуі сфера ішінде адам тінінің эквивалентті массасындағы энергия шоғырлануымен шамалас болады. Бұл шамаларды тәжірибеде өлшеу мүмкін емес, бірақ олардың мәндері адам денесінің ішкі органдарына сыртқы дозаның модельдерін қолдану арқылы, антропоморфты фантомдарды пайдалану арқылы алынады. Бұл – дененің 3D есептеулік модельдері, олар дененің өзін-өзі қорғауы және сәулелердің ішкі шашырауы сияқты бірқатар күрделі әсерлерді ескереді. Есептеу органдардың сіңіретін дозасынан басталады, содан кейін сәулелену және тіндердің салмақ факторлары қолданылады. Қорғау шамаларын тәжірибеде өлшеу мүмкін болмағандықтан, оларды практикалық сәулелену аспаптары мен дозиметрлердің реакцияларымен байланыстыру үшін операциялық шамаларды пайдалану қажет.

Құрал мен дозиметриялық жауап

Бұл қоршаған ортаның дозалық гамма-мониторы немесе жеке дозиметр сияқты алынған нақты өлшемдер. Мұндай құралдар радиациялық метрология әдістерімен калибрленеді, олардың ұлттық радиация стандартына сәйкестігін қамтамасыз етеді және осылайша оларды операциялық шамамен байланыстырады. Құралдар мен дозиметрлердің көрсеткіштері артық доза алудың алдын алу және радиациялық қауіпсіздік заңнамасын орындау үшін, мысалы, Ұлыбританиядағы 1999 жылғы Иондаушы Сәулелену Ережелері сияқты, доза алу туралы тіркемелерді жасауға қолданылады.

Қорғау дозасының мөлшерін есептеу

Сиверт сыртқы сәулеленуден қорғау үшін эквивалентті дозаны (сыртқы көз, бүкіл денеге әсер ету, біркелкі өріс) және тиімді дозаны (сәулеленген дене бөліктеріне байланысты) есептеуге қолданылады. Бұл доза шамалары сәулеленудің стохастикалық денсаулық әсерлерін көрсететін сіңген дозаның салмақты орташасы болып табылады, ал сивертті қолдану сіңген дозаны өлшеу немесе есептеу кезінде тиісті салмақ коэффициенттері қолданылғандығын білдіреді (грэйде көрсетіледі). ICRP есептеуі қорғау шамаларын есептеу үшін екі салмақ коэффициентін ұсынады. 1. Сәулелену факторы WR, ол сәулелену түрі R-ге тән – Бұл бүкіл денеге немесе жеке органдарға арналған HT эквивалентті дозасын есептеу үшін қолданылады. 2. Тін салмақ факторы WT, ол сәулеленетін T тінінің түріне тән. Бұл WR-мен бірге біркелкі емес сәулелендіру үшін тиімді доза E-ге жету үшін органдардың үлестік дозаларын есептеу үшін қолданылады. Егер бүкіл дене біркелкі сәулеленетін болса, тек сәулелену салмақ факторы WR қолданылады, ал тиімді доза бүкіл денеге эквивалентті дозаға тең болады. Бірақ егер дененің сәулеленуі ішінара немесе біркелкі болмаса, әрбір органға немесе тіндікке дозаны есептеу үшін WT факторы қолданылады. Содан кейін олардың қосындысы тиімді дозаны береді. Адам денесіне біркелкі сәулелену жағдайында олардың қосындысы 1-ге тең, ал ішінара немесе біркелкі емес сәулелену жағдайында олардың қосындысы тиісті органдарға байланысты төменгі мәнге тең болады; бұл жалпы денсаулық әсерінің төмендігін көрсетеді. Есептеу процесі қоса берілген диаграммада көрсетілген. Бұл тәсіл толық немесе ішінара сәулеленуді, сондай-ақ сәулелену түрін немесе түрлерін ескере отырып, бүкіл денеге биологиялық қауіптің үлесін есептейді. Бұл салмақ коэффициенттерінің мәндері консервативті түрде таңдалған, олар адам популяциясы үшін алынған орташа мәндерге негізделген, ең сезімтал жасушалар үшін байқалған тәжірибелік мәндердің көп бөлігінен жоғарырақ болып табылады.

Денсаулыққа әсері

Иондаушы сәулелердің адам денсаулығына детерминистік және стохастикалық әсерлері бар. Детерминистік (жедел тіндік әсер) оқиғалар сөзсіз орын алады, нәтижесінде туындайтын денсаулық жағдайлары бірдей жоғары доза алған әрбір адамда пайда болады. Стохастикалық (көкденеу және генетикалық) оқиғалар өздерінен кездейсоқ болып табылады, әсерге ұшыраған топтағы адамдардың көпшілігі ешқандай себептік теріс денсаулық әсерін көрсете алмайды, ал кездейсоқ азшылығында ғана осылай болуы мүмкін, көбінесе нәтижесіндегі жеңіл теріс денсаулық әсерлері ірі, егжей-тегжейлі эпидемиологиялық зерттеулерден кейін ғана байқалады. Сиверт қолданылуы тек стохастикалық әсерлер қарастырылып жатыр екенін көрсетеді, ал шатасуды болдырмау үшін детерминистік әсерлер сіңірілген дозаның Халықаралық жүйе бірлігі (Gy) арқылы берілген шамаларымен салыстырылады.

Стохастикалық әсерлер

Стохастикалық әсерлер – бұл кездейсоқ пайда болатын әсерлер, мысалы, сәулеленуден туындаған қатерлі ісік. Ядролық реттеуші органдардың, үкіметтердің және UNSCEAR-дің пікір білдіруінше, иондаушы сәулеленуден туындаған қатерлі ісіктердің жиілігі тиімді дозамен бірге сиверт санын 5,5% жылдамдықпен сызықтық түрде арттыру арқылы модельделуі мүмкін. Нәрестелер мен ұрықтардың ересектерге қарағанда, орта жастағы адамдардың қарттарға қарағанда, әйелдердің ерлерге қарағанда тәуекелі жоғары екендігі туралы жалпы келісім бар, бірақ бұл мәселе бойынша нақты сандық келісімге қол жетпеген.

Детерминистік әсерлер

Жедел сәулелену синдромына әкелетін детерминистік (жедел тіндік зақымдану) әсерлер тек қана жоғары дозаларда (≳ 0.1 Гр) және жоғары дозалық қарқындылықта (≳ 0.1 Гр/сағ) ғана пайда болады, және оларды әдетте сиверт емес, сұр (Гр) бірлігімен өлшейді. Детерминистік тәуекел моделіне эквиваленттік және тиімді дозаны есептеу үшін қолданылатын салмақ коэффициенттерінен өзгеше (әлі анықталмаған) салмақ коэффициенттері қажет болады.

Дозаның үлгілері

Күнделікті өмірде елеулі радиациялық дозалар жиі кездеспейді. Төмендегі мысалдар салыстырмалы шамаларды түсінуге көмектеседі; бұл тек мысалдар, мүмкін болатын радиациялық дозалардың толық тізімі емес. "Жедел доза" – қысқа, шектеулі уақыт ішінде алынатын доза, ал "созылмалы доза" – ұзақ мерзім бойы жалғасатын доза, сондықтан оны дозаның қарқынымен сипаттаған дұрыс.

Тарих

Сиверттің бастауы рентгендік эквивалент адамнан (rem) шықты, ол CGS бірліктерінен туындаған. Радиациялық бірліктер мен өлшемдер жөніндегі халықаралық комиссия (ICRU) 1970 жылдары тұрақты СИ бірліктеріне көшуді ұсынды және 1976 жылы эквивалентті доза үшін қолайлы бірлік жасауды жоспарлап отырғанын хабарлады. ICRP 1977 жылы сивертті енгізу арқылы ICRU-ға басымдық берді. Сиверт 1980 жылы, сұр түсті қабылдағаннан кейін бес жыл өткен соң, Халықаралық салмақтар мен өлшемдер комитеті (CIPM) қабылдады. CIPM кейін 1984 жылы түсіндірме жариялады, онда сұрдан өзгеше сивертті қашан қолдану керектігі туралы ұсыныс берілді. Бұл түсіндірме 1990 жылы өзгерген ICRP-нің эквивалентті доза анықтамасына жақындасу үшін 2002 жылы жаңартылды. Атап айтқанда, ICRP эквивалентті дозаны енгізді, сапа коэффициентін (Q) сәулелену салмақ коэффициенті (WR) деп атады және 1990 жылы тағы бір салмақ коэффициенті "N" жойылды. 2002 жылы CIPM өз түсіндірмесінен "N" салмақ коэффициентін алып тастады, бірақ қалған ескі терминология мен белгілерді сақтап қалды. Бұл түсіндірме тек СИ брошюрасының қосымшасында ғана кездеседі және сиверттің анықтамасының бөлігі емес.

Рем эквиваленттілігі

Доза эквивалентінің ескі бірлігі – рем, ол әлі күнге дейін АҚШ-та жиі қолданылады. Бір сиверт 100 ремге тең:

100.0000 рем = 100,000.0 мрем = 1 Св = 1.000000 Св = 1000.000 мСв = 1,000,000 мкСв
1.0000 рем = 1000.0 мрем = 1 рем = 0.010000 Св = 10.000 мСв = 10000 мкСв
0.1000 рем = 100.0 мрем = 1 мСв = 0.001000 Св = 1.000 мСв = 1000 мкСв
0.0010 рем = 1.0 мрем = 1 мрем = 0.000010 Св = 0.010 мСв = 10 мкСв
0.0001 рем = 0.1 мрем = 1 мкСв = 0.000001 Св = 0.001 мСв = 1 мкСв