2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РАДІОБІОЛОГІЇ

Виділяють питому, або об’ємну, і поверхневу радіоактивність. Питома радіоактивність – це вміст радіоактивних ізотопів в одиниці маси чи об’єму речовини. Поверхнева радіоактивність – вміст радіоактивних ізотопів на певній площі поверхні.

У системі СІ одиницею радіоактивності є бекерель (українське позначення Бк, міжнародне – Bq). Один бекерель – це один розпад атому радіоактивної речовини протягом однієї секунді – 1 Бк = 1 розп/с. Відповідно, питома радіоактивність оцінюється у Бк/кг, Б/кл, а поверхнева – в Бк/м² чи інших еквівалентних одиницях – кБк/кг, кБк/м² і т.д. 

 Позасистемною одиницею радіоактивності, яка ще широко використовувалась до останнього десятиліття і нерідко згадується і у теперішній час, є кюрі (Кі, Сі). Кюрі – це радіоактивність будь-якої речовини, у котрій відбувається 3,7^.10¹⁰ атомних розпадів протягом секунди, тобто 1 Кі = 3,7^.10¹⁰ Бк. Отже, 1 кюрі відповідає досить великому рівню радіоактивності.

Слід відрізняти енергію іонізуючого випромінювання, що падає на об’єкт, від енергії, що ним поглинається і саме викликає фізичну дію. Тому в радіобіології, як і у ядерній фізиці, виділяють експозиційну, або фізичну, дозу (Dx) і поглинуту дозу (Dp). Але на відміну від ядерної фізики радіобіології, як правило, має справу з дозами, що на багато порядків нижчі.

Експозиційна доза – це рівень іонізації, який формується у повітрі на певній відстані від джерела радіоактивності. Іншими словами, це кількість енергії іонізуючого випромінювання, що падає на об’єкт опромінення. Перша загальноприйнята одиниця експозиційної дози – рентген (Р, R) була визначена як доза, при котрій в 1 см³ повітря виникає така кількість іонів, що їх сумарний заряд дорівнює одній електростатичній одиниці кількості електрики кожного знаку. Як відзначалось на початку глави, дозі 1 Р відповідає виникнення 2,08^.10⁹ пар іонів в 1см³ повітря.

В сучасній системі СІ одиницею експозиційної дозі є кулон на кілограм (Кл/кг, C/kg). 1 Кл/кг = 3876 Р.

Але при оцінці фізичної дії іонізуючого випромінювання на речовину, а особливо біологічної дії, більш важливе значення має кількість енергії, що проходить через об’єкт опромінення, тобто доза, що поглинається ним. Поглинута доза – це сумарна кількість енергії іонізуючого випромінювання, котра поглинається об’єктом опромінення.

У системі СІ одиницею поглинутої дози є грей (Гр, Gy), при котрій речовині масою 1 кг передається 1 Дж енергії іонізуючого випромінювання, тобто 1 Гр – це 1 Дж/кг.

До прийняття системи СІ поглинута доза оцінювалась в одиницях рад (rad – radiation absorbed dose), котра відповідає поглинутій енергії іонізуючого випромінювання, що дорівнює 100 ерг/г. Таким чином, 1 рад = 0,01 Дж/кг, а, відповідно, 1 Гр = 100 рад.

Безперечно, поглинута доза Dp залежить від експозиційної дози Dx. І якщо відома експозиційна доза і коефіцієнт поглинання випромінювання речовиною (f), то поглинуту дозу можна розрахувати за простою формулою: Dp = Dx ^. f. Для електромагнітного випромінювання енергій 0,4–2 МеВ цей коефіцієнт для води та біологічних тканин коливається в межах 0,93–0,97. Це означає, що при рентгенівському чи γ-опроміненні рослин і тварин експозиційній дозі 1 Р відповідає поглинута доза 0,93–0,97 рад, або сантигреї (сГр), тобто практично в умовах помилки дозиметричних приладів 5–15%, що допускається,  при опроміненні живих об’єктів різниці в експозиційній та поглинутій дозах немає.

Але в реальних умовах живі організми водночас піддаються опроміненню різних типів іонізуючої радіації як природних, так і штучних радіоактивних ізотопів, наприклад, γ- (⁴⁰К, ¹³⁷Сs, ²²⁶Rа), β- (⁴⁰К, ⁹⁰Sr), α- (²²²Rn, ²³⁹Рu, ²⁴¹Аm) та інших типів випромінювань, котрі мають різну біологічну ефективність, тобто не однаково діють на живі організми при однаковій дозі. Для оцінювання біологічної дії змішаних, а також не ідентифікованих потоків іонізуючих випромінювань в радіобіології введена спеціальна доза, яка отримала назву еквівалентної. Еквівалентна доза – це доза опромінення живого організму змішаним потоком або невідомим типом іонізуючих випромінювань, котра за своєю біологічною ефективністю дорівнюється до дії поглинутої дози стандартного рентгенівського або γ-випромінювання. Раніше одиницею еквівалентної дози був бер, котрий розшифровувався як біологічний еквівалент рада (часом, враховуючи відзначену близькість абсолютних значень експозиційної та поглинутої доз в живих організмах, бер розшифровується як біологічний еквівалент рентгена). Один бер відповідаю такому опроміненню живого організму потоком іонізуючих випромінювань, при котрому спостерігається така ж ступінь прояву біологічної дії, що й при опроміненні рентгенівським чи γ-випромінюванням в дозі 1 рад (Р).

В системі СІ одиницею еквівалентної дози є зіверт (Зв, Sv ). 1 Зв = 100 бер.

Перераховані позасистемні та системні однинці радіоактивності та доз іонізуючих випромінювань, а також співвідношення між ними наведені в таблиці.

Одиниці радіоактивності і доз іонізуючих випромінювань