Vežba

- Doza na otvorenom i u zatvorenom prostoru -

Čovek je stalno izložen dejstvu prirodnog jonizujućeg zračenja. Pod jonizujućim zračenjem

podrazumeva se bilo koje zračenje koje u interakciji sa materijalnom sredinom dovodi do stvaranja

električnih naelektrisanja oba znaka. Razlikuje se posredno i neposredno jonizujuće zračenje.

Neposredno jonizujuće zračenje se sastoji iz naelektrisanih čestica čija je kinetička energija

dovoljna da se u sudarima sa atomima materije dogodi jonizacija. Primeri takvih zračenja su α i β

zračenja radioaktivnih nuklida, protonsko zračenje na akceleratorima i dr. Posredno jonizujuće

zračenje sastoji se iz nenaelektrisanih (neutralnih) čestica čija interakcija sa materijom dovodi do

stvaranja naelektrisanih čestica koje su dalje sposobne da izazivaju jonizaciju, Slika 1. Primer

posredno jonizujućeg zračenja može biti neutronsko i fotonsko zračenje. Prodornost zračenja zavrsi

od vrste zračenja, Slika 2.

Slika 1. Interakcija zračenja sa materijom

Slika 2. Domet u vazduhu: Alfa čestice ~ cm. Beta čestice ~ 100 cm. zračenje ~ 10 m.

Prirodno jonizujuće zračenje se sastoji iz više komponenti:

kosmičko zračenje;

zračenje iz tla i

zračenje uslovljeno čovekovim aktivnostima.

U tlu se nalaze prirodni radioaktivni elementi koji su članovi prirodnih radioaktivnih nizova

(238

U, 235

U i 232

Th) ili egzistiraju van ovih nizova (40

K, 87

Rb) i dr. Ovi elementi konstantno emituju

zračenje. Zbog toga je uvek moguće izmeriti neku dozu u svakoj tački prostora. Ova doza se menja

od mesta do mesta kao i sa vremenom i naziva se prirodni fon, ili osnovno zračenje.

Mera efekta jonizacije je ekspozicija. To je količina naelektrisanja koja se stvori u jediničnoj

masi uzorka (sredine) i izražava se u (C/kg) Stara jedinica je Rendgen (R), gde važi da je 1 R =

2.58×10−4

C/kg. Jačina ekspozicione doze je ekspozicija po jedinici vremena i izražava se u

(C/kg)/s = C/(kgs). Količina naelektrisanja koja se stvori prilikom jonizacije neke sredine,

proporcionalana je energiji zračenja koja proĎe kroz tu sredinu. Zato se uvodi absorbovana doza i

jednaka je absorbovanoj energiji zračenja po jedinici mase date sredine.

Kvantifikacija ozračenosti čoveka je problem koji još uvek nije u potpunosti rešen. Krajnji

efekat ozračivanja čoveka je uslovljen ukupnom energijom zračenja koja je apsorbovana u tkivu

ozračenog pojedinca. Zbog toga je uvedena veličina koja se naziva apsorbovana doza, D i definiše

se kao količnik energije, dE, apsorbovane u nekoj zapremini i mase tog elementa zapremine dm, tj,

dm

dED

Jedinica je J/kg i nosi specijalno ime Grej, sa oznakom Gy.

Pokazalo se da različite vrste zračenja izazivaju različite biološke efekte, čak i pri istoj

apsorbovanoj dozi. Zato je uvedena veličina ekvivalentna doza, H, definisana kao

RRR DwH

gde je DR apsorbovana doza od zračenja vrste R, a wR su tzv radijacioni težinski faktori čije su

vredosti preuzete iz ICRP 103 Publikacije iz 2007 god. i predstavljene u Tabeli 1.

Tabela 1. Radijacioni težinski faktori

Vrsta zračenja Rw

Fotoni 1

Elektroni i mioni 1

Protoni i naelektrisani mioni 2

Alfa čestice, fisioni

fragmenti, teški joni 20

Neutroni

Kontinualna kriva u funkciji od

energije neutrona (videti Sliku

B.4 i Jednačinu B.3.16 u [ICPR

103, 2007])

Jedinica za ekvivalentnu dozu je takodje J/kg i nosi naziv Sivert, Sv.

Pri ozračivanju čoveka, različita tkiva su nejednako osetljiva na zračenje, pa je uvedena

veličina efektivna doza, E, definisana kao

TTT HwE

gde je HT ekvivalentna doza u organu T, a wT su tzv. tkivni težinski faktori, dati u Tabeli 2.

Tabela 2. ICRP preporuke tkivnih težinskih faktora u okviru

Publikacije ICRP 103, 2007.

Tkivo wT

Koštana srž 0.12

Bešika 0.04

Dojke 0.12

Debelo crevo 0.12

Gonade 0.08

Jetra 0.04

Pluća 0.12

Jednjak 0.01

Koža 0.01

Stomak 0.12

Tiroida 0.04

Površina kostiju 0.01

Mozak 0.01

Pljuvačne žlezde 0.01

Ostatak 0.12

U zaštiti od zračenja, efektivna doza je dozimetrijska veličina preko koje se kvantifikuje

rizik od izlaganja jonizujućim zračenjima. Granice izlaganja, zasnovane na konceptu prihvatljivog

rizika, su definisane upravo preko ove veličine. Ovde se pojavljuje problem nemerljivosti efektivne

doze, jer je za njeno odreĎivanje potrebno poznavanje apsorbovanih doza u organima ljudskog tela,

što se ne može postići direktnim merenjima. Efektivna doza se zato procenjuje na osnovu izmerenih

vrednosti operacionih dozimetrijskih veličina ili matematičkih modela. Matematički modeli

omogućuju izračunavanje doza u organima na osnovu poznate prostorno energetske ugaone

raspodele zračenja. Takvi modeli se nazivaju dozimetrijski modeli.

SI jedinica za efektivnu dozu je sivert, SV ista kao i za ekvivalentnu dozu, što može da stvori

zabunu u praksi. Granica efektivne doze za pojedince iz stanovništva iznosi 1 mSv godišnje. Za

profesionalno izložena lica iznosi 20 mSv godišnje. Granice doza za lica starija od 18 godina, koja u

toku školovanja koriste izvore ili rade u poljima jonizujućeg zračenja jednake su granicama doza za

profesionalno izložena lica.

U ovoj vežbi efektivna doza se procenjuje na osnovu izmerene vrednosti jačine

ambijentalnog doznog ekvavilenta, H*(10), koja spada u operacijonu veličinu i može se direktno

meriti. Merenje se obavlja instrumentom Mini Trace γ, koji je kalibrisan na jačinu efektivne doze u

Odnos

E/H

*(1

0)

µSv/h, koji kao detekektor koristi Gajger Milerov brojač. Osetljivost ovog instrmenta je u opsegu

H*(10) doze od 0.5 μSv/h do 10 mSv/h. Interval energije gama zračenja koji ureĎaj može

detektovati je od 45 keV do 3 MeV. Mini Trace γ ima mogućnost merenja trenutnih vrednositi

H*(10) sa kratikim vremenom odgovora u sličaji kada se jačina doze menja. Ovo je omogućeno

merenjem jačine doze za vremenski interval od 1 sekunde i upotrebom matematičkih algoritma koji

reprodukuju rezultate merenja sa tačnošću od oko 90%, u zavisnosti od broja impulsa u jedinici

vremena. U slučaju kada je jačina doze stabilna, interval merenja se automatski povećava na 60

sekundi. Pored trenutne vrednosti jačine doze Mini Trace γ može usrednjiti merenu vrednost u

okviru proizvoljnog intervala vremena sa odreĎenom greškom koja je prikazana na displeju.

Merenjem H*(10) doze se može proceniti efektivna doza. Njihov odnos je prikazan na Slici

1 kao funkcija energije fotona za različite geometrije (AP1, PA

2 i ROT

3). Sa slike se može videti da

H*(10) doza uvek precenjuje E (E/H*(10)<1) za fotone energija do 10 MeV. Za energije fotona

izmeĎu 60 keV i 10 MeV odnos H*(10)/E varira od 0.75 do 0.92 za AP geometriju i od 0.48 do

0.85 za ROT geometriju. Na taj način ambijentalni dozni ekvavilent precenjuje efektivnu dozu

preko 15% za širok opseg energija i različitih geometrija.

Energija Fotona (MeV)

Slika 1. Odnos E/H*(10) za različite geometrije ozračivanja u funkciji energije fotona.

1 Antero-Posterior geometru. Jonuzujuće zračenje se prostire ka prednjoj strani tela u pravcu ortogonalnom dugačkoj osi

tela. 2 Poster-anterior geometry. Zračenje upada sa zadnje strane tela u pravcu ortogonalnom dugačkoj osi tela.

3 Rotational geometry. Geometrija u kojoj se telo izlaže zračenju koje je normalno na dužu osu tela i rotira uniformnom

bryinom oko duže ose. Ovo je ekvavilentno slučaju kada je iyvor u miru a telo rotira uniformnom brzinom.

Vežba:

1. Obaviti merenje srednje jačine H*(10) doze na otvorenom prostoru sa greškom manjom od 10%.

2. Merenje ponoviti u nekoj zatvorenoj prostoriji, gde postoji uticaj zračenja iz zidova i okolnih

predmeta. Uporediti dobijene rezultate.