Единицы электрического заряда (количество электричества)

"СГС"                                                                     "СИ"

Электро-статическая единица (эл.ст.ед.)                          Кулон (Кл)

1 эл. ст. ед. = 3,3356x10^{-1 0} Кулон;                     1 Кулон = 2,998х10⁹ эл. ст. ед.

 

Заряд иона (е)  =  4,803x10^{-1 0} эл.ст.ед.  = 1,6021х10¹⁹ Кулон

Понятие " экспозиционная доза " представляет собой абсолютное значе­ние полного заряда ионов одного знака, образуемых при нормальных усло­виях в каждой единице массы сухого воздуха, когда все электроны (осво­божденные фотонами), полностью в нем тормозятся. При этом в "полный заряд" не включаются ионы, возникающие как следствие поглощения рентге­новского тормозного излучения, формируемого вторичными электронами.

Внесистемная единица экспозиционной дозы (СГС) - получила название «Рентген» (Р) - количество излучения фотонной природы, при котором сопряженная корпускулярная эмиссия в 1 см³ сухого воздуха (0,001293 г) при нормальных условиях (0°С и 760 мм.рт.ст.) производит ионы, несущие за­ряд в 1-ну электростатическую единицу количества электричества каждого знака, что соответствует образованию 2,082 х 10⁹ пар ионов в каждом ку­бическом сантиметре воздуха (при среднем значении энергии, затрачивае­мой на образование одной пары ионов в 33,85 эВ (5,416 х 10¹¹ Эрг или 5,416 х 10¹⁸ Дж).

Системная единица экспозиционной дозы (СИ) носит название «Кулон на килограмм» (Кл\кг) - количество излучения фотонной природы, при котором сопряженная (с данным излучением) корпускулярная эмиссия, в килограмме сухого атмосферного воздуха производит ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака.  1 Р = 0,258 мКл\кг.

Экспозиционная доза - неэнергетическая величина, она лишь косвенно характеризует радиационный выход источника излучения.

Можно говорить, что экспозиционная доза это количество энергии, по­глощаемой из данного пучка каждой единицей объема или массы сухого воз­духа, но энергии, о которой мы лишь косвенно судим, оценивая плотность ионизации данного объема или массы воздуха.

При средней работе на один акт ионизации, равной 34 эВ (1 эВ = 1,6x10¹² эрг), единице экспозици­онной дозы в 1 Р будет соответствовать 0,114 эрг/см³. При перерасчете на один грамм воздуха, единице экспозиционной дозы в 1 Р будет соответ­ствовать 87,7 эрг/г. Эти величины и принято называть энергетическими эквивалентами рентгена.

При скорости образования ионов в воздухе " q " (пар ионов\ см^З х с), температуре воздуха " t " (С°) и давлении " р " (мм рт.ст.), мощность экс­позиционной дозы (X, мР\с) можно рассчитать по формуле:

X (мР\с) = 3, 65 x 10⁴ (q ÷ p) [1 + (t ÷ 273)]

 

При нормальных условиях (t = 0° С,  B =760 мм рт.ст.) эта формула приобре­тает вид:

X (мР\с)  = 4,8х10^-7 х q.

Скорость образования ионов ионизирующей компонентой космического излучения в воздухе (на высоте уровня моря) в среднем составляет 2,14 пар ионов\(см³ х с).

Понятием "экспозиционная доза" долгое время пользовались как услов­ной мерой для дозирования излучения (в основном при калибровки источни­ков и пучков излучения, используемых в лучевой терапии).

Как отмечалось выше, понятие "экспозиционная доза" применимо только для рентгеновского или гамма-излучений с энергией излучения менее 3 МэВ.  

Для излучений с большей энергией становится невозможным отделить ионы, создавамые корпускулярной эмиссией, так как пробеги вторичных электро­нов и гамма-квантов становятся сравнимыми и нельзя достигнуть равнове­сия, не изменив потока гамма-квантов.

Попытки применить экспозиционную дозу для измерения корпускулярного ионизирующего излучения в свое время вылились в создание еще одной вне­системной единицы - "Фэр" (физического эквивалента рентгена) - дозы бета-, альфа- либо другого излучения, определямой таким же физическим эффек­том (плотностью ионизации) в массе атмосферного воздуха, соответствую­щей 1 см³ (при нормальных условиях), как и один рентген (в случае воз­действия фотонного излучения).

Другими словами, физическим эквивалентом рентгена (Фэр) называется такая доза излучения, при которой поглощенная энергия (затраченная на процессы ионизации и возбуждение атомов среды) в 1 г воздуха, равна поглощенной энергии, соответсвующей дозе в 1 Р от излучений фотонной природы.

Неудобство использования внесистемной еди­ницы рентген (Р) становится очевидным при переходе к ее системной еди­нице (Кл/кг).  Также неудобен и переход от системной единицы экспозици­онной дозы (Кл/кг) к основной (в практической деятельности) дозиметри­ческой величине - поглощенной дозе. В будущем, понятие "экспозиционная доза" подлежит изъятию из арсенала дозиметрических величин.  А на время переходного периода, значение экспозиционной дозы (во внесистемных еди­ницах) рекомендовано использовать только в рентгенах (Р) или в соответ­ствующих ее дольных и кратных значениях.

 Учитывая, что эффективный атомный номер мягких биологических тканей примерно соответствует эффективному атомному номеру воздуха, количество излучения, поглощаемого в 1 г воздуха и в 1 г биологической ткани, бу­дет примерно одинаковым.  Так, при дозе в один рентген, энергия поглощаемая одним граммом мягкой биологической ткани, будет также составлять около 87-93 эрг/г (в зависимости от энергии излучения). И если в 1 г ткани поглощенная энергия любого вида корпускулярного излучения составит 87 - 93 эрг/г (с учетом энергии излучения), то экспозиционная доза такого воздействия будет составлять один фэр.

Однако, для оценки энергии лю­бого вида ионизирующего излучения, поглощаемой конкретной средой (тка­нями отдельных органов), более удобным явилось применение, предложенно­го 7-м Международным Конгрессом радиологов, понятия " поглощенная доза ".

 

"Труд подливает масло в лампаду жизни, Мысль - зажигает ее!"

Поглощенная доза (D) является универсальной энергетической харак­теристикой воздействия излучения. Дает количественное описание физичес­кого эффекта облучения конкретной среды ионизирующим (любого вида) из­лучением значением энергии, в среднем передаваемой каждой единице массы поглощаемой среды.  

Основной единицей поглощенной дозы (СИ) служит " Грей" (Гр, Гй).  

1 Гр = 1 Дж\кг.

Внесистемной единицей поглощенной дозы (СГС) является " Рад" (Radiation Absorbed Dose).                                          1Рад = 100 Эрг\г;           1 Гр  = 100 Рад.

Коэффициенты пересчета (fi) экспозиционной дозы (X) излучения в дозу поглощенную (Рад) для воды и тканей организма

Энергия			Минераль-­		Гавер-	Мягкие
фотонов,	Вода	Мышцы	ная часть	Остео-	совы	ткани
Мэв			кости	циты	каналы	кости
0, 01	0, 920	0, 933	3, 58	2, 65	1, 38	1, 58
0, 02	0, 887	0, 925	4, 27	3,21	1, 84	2, 18
0, 04	0, 877	0, 928	4, 18	3, 20	1, 80	2, 15
0, 06	0,913	0, 937	2, 94	2, 20	1, 52	1, 74
0, 08	0, 940	0, 948	1, 93	1, 52	1, 26	1, 36
0, 10	0, 957	0, 957	1, 47	1, 05	1, 02	1, 03
0, 20	0, 982	0, 972	0, 988	-	-	-
0, 40	0, 975	0, 963	0, 936	-	-	-
0, 60	0, 975	0, 966	0, 933	-	-	-
0, 80	0, 974	0, 965	0, 929	-	-	-
1, 00	0, 974	0, 965	0, 927	-	-
2, 00	0, 974	0, 963	0, 929	-	-	.
3, 00	0, 971	0, 963	0, 937	—	—	—

 

Поглощенная доза (фотонного излучения) и экспозиционная доза между собой связаны простой линейной зависимостью:

D  = X   х fi

 где: f i - коэффициент пересчета экспозиционной дозы в поглощенную (приводит­ся в специальных таблицах, для разных сред).

Так 1 Р (в среднем по все­му спектру фотонного излучения, вплоть до энергии 3 МэВ), соответствует поглощенной дозе излучения:

- в воздухе - 0,88 Рад (8,8 х10^-3 Гр);

- в биологи­ческой ткани - 0,93 Рад (9,3х10^-3 Гр).

Если при экспозиционной дозе 1 Р вторичными электронами на ионизацию в каждом грамме воздуха расхо­дуется 87,7 эргов (0,877 Рад), то для воды и биологической ткани энергетический эквивалент рентгена составляет уже 93 эрг/г (0,93 Рад) - т.е. всего на 7% отличается от единицы 1 Рад.

Для костной ткани в области малых энергий (10-200 кэВ) энергетический эквивалент рентгена изменяет­ся в пределах от 474 до 88 эрг/г. А начиная с энергии 200 кэВ и более - он остается примерно постоянным и равным 88 эрг/г.

Таким образом, соотношение между поглощенной дозой излучения (вы­раженной в радах) и экспозиционной дозой (выраженной в рентгенах) для воздуха имеет вид:

Д (Рад) = X (Р) х 0,877 (энергетический эквивалент рентгена для воздуха).

Для других материалов: Д (Рад) = X (Р) х fi,

где fi - коэффициент, отражающий особенности поглощения фотонов конк­ретной средой (с учетом ее химического состава, плотности, энергии воз­действующего излучения).

При использовании единиц СИ, когда поглощенную дозу измеряют в "Греях" (Гр), а экспозиционную дозу в "Кулонах на килограмм" (Кл\кг). Величина fi служит коэффициентом перехода от Кл\кг  к  Гр. В то время как, единица ее величины равняется отношению данных единиц: fi  =  Гр: Кл\кг =   Дж\кг: Кл\кг  =   Дж: Кл  = Дж х Кл^-1.Такая запись еще глубже раскрывает физический смысл коэффициента fi, показывающего, какое количество энергии (выраженной в Джоулях) поглоща­ется единицей массы вещества, если при тех же условиях в воздухе обра­зуются ионы с общим электрическим зарядом в 1 Кулон каждого знака.

Если в некотором веществе известна поглощенная доза (D_i), то при выполнении условий электронного равновесия, поглощенная доза в другом веществе (D₂) определяется с учетом массовых коэффициентов передачи энергии для этих веществ по формуле:

                                                    D₂ = (mk₂: mk_i) х D_i.