Skażenia promieniotwórcze nie mogą być wykryte za pomocą wzroku, smaku czy powonienia. Również wiele przemysłowych i bojowych środków trujących nie ma specyficznego zapachu. Poza tym rozpoznawanie ich na podstawie oznak zewnętrznych jest bardzo niebezpieczne. Ochrona zdrowia i życia ludzi przed skażeniami wymaga niezawodnego określenia wielkości szkodliwego promieniowania, rodzaju użytego środka trującego, jego stężenia w powietrzu i gęstości skażenia terenu, sprzętu, żywności, wody, paszy, ludzkiego ciała. Rozpoznanie skażeń dokonuje się za pomocą specjalnych przyrządów. Zakażenia biologiczne stwierdza się za pomocą specjalistycznego sprzętu służby zdrowia i służby weterynaryjnej.
Jednostki pomiaru i metody wykrywania skażeń promieniotwórczych
Promieniowanie jonizujące emitowane z różnych źródeł (wybuchu jądrowego, izotopów promieniotwórczych, aparatów rentgenowskich itp.) daje się wykrywać i mierzyć. Ma ono bowiem określone właściwości i wywołuje na swej drodze różne zjawiska. Zostały one wykorzystane przy budowie przyrządów pomiarowych. W praktyce wykorzystuje się kilka metod.
Metoda fotograficzna opiera się na zjawisku zaczerniania się światłoczułej emulsji kliszy lub błony fotograficznej pod wpływem promieniowania jonizującego. Jest ona m.in. wykorzystana w zdjęciach rentgenowskich i przyrządach do kontroli napromieniowania.
W metodzie chemicznej korzysta się z faktu, iż niektóre substancje chemiczne zmieniają zabarwienie pod wpływem promieniowania. Ma ona zastosowanie w dozymetrach chemicznych używanych w wojsku i obronie cywilnej.
Metoda luminescencyjna (scyntylacyjna) polega na wykorzystaniu zjawiska świecenia pewnych substancji chemicznych w wyniku napromieniowania. Liczba błysków w określonym czasie pozwala określić moc dawki lub stopień skażenia promieniotwórczego. Metodę tę stosuje się w rentge-noradiometrach niektórych typów.
Metoda jonizacyjna jest związana z pomiarem stopnia jonizacji atomów substancji, będących pod działaniem promieniowania jonizacyjnego. Metoda ta jest stosowana w rentgenometrach (pomiar mocy dawki) oraz radiometrach (pomiar stopnia skażenia). W celu ujednolicenia miar stosowanych w poszczególnych państwach został wprowadzony Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (w skrócie SI). Układ SI przewiduje również stosowanie nowych jednostek miar promieniowania jonizującego. Jednostki dotychczasowe są dopuszczone do przejściowego stosowania, szczególnie wtedy, gdy użytkowane jeszcze przyrządy są kalibrowane w starych jednostkach. Pomiary promieniowania dotyczą głównie dwóch zjawisk: napromieniowania oraz skażenia promieniotwórczego.
Napromienienie to poddanie działaniu promieniowania jonizującego np. obiektów, żywności, wody, a także organizmów żywych. Napromienienie może być zewnętrzne lub wewnętrzne w zależności od tego, gdzie znajduje się źródło promieniowania.
Skażeniem promieniotwórczym nazywamy zanieczyszczenie terenu, wody, powietrza, żywności, powierzchni różnego rodzaju przedmiotów i obiektów, a także ludzkiego ciała substancjami promieniotwórczymi. Skażenia osobiste mogą być zewnętrzne, gdy występują na zewnętrznych powierzchniach ciała, i wewnętrzne, gdy powstają wskutek przedostania się substancji promieniotwórczych do wnętrza organizmu. Do oceny wielkości promieniowania służą pojęcia: "dawka" i "moc dawki".
Dawka promieniowania jest zasadniczą ilościową charakterystyką rażącego działania promieniowania przenikliwego w warunkach przebywania i działania w strefie wybuchu jądrowego lub w terenie skażonym substancjami promieniotwórczymi.
Rozróżnia się dawkę ekspozycyjną i dawkę pochłoniętą, wyrażające fizyczne oddziaływanie promieniowania na materię, oraz równoważnik dawki, który uwzględnia także oddziaływanie promieniowania na organizm żywy.
Dawka ekspozycyjna jest miarą jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego X lub gamma. Jednostką dawki ekspozycyjnej w obecnie stosowanym układzie SI jest kulomb na kilogram (C/kg). W starszych typach przyrządów dozymetrycznych do określania dawki ekspozycyjnej służy jednostka zwana rentgenem (R). Zależność między rentgenem a kulombem wyraża się następująco:
l R =2,58 x l O-4 C/kg
Bardziej uniwersalne jest pojęcie dawki pochłoniętej, która jest miarą ilości energii przekazanej danej materii przez promieniowanie jonizujące w przeliczeniu na jednostkę masy tej materii. Jednostką dawki pochłoniętej jest rad (rd), a w układzie SI - grey (Gy) lub centygrey (cGy). Zależność między jednostką radu a jednostką greya wyraża się następująco:
l rd = 0,01 Gy =1 cGy
Wielkość dawki pochłoniętej przez organizmy żywe nie daje pełnego obrazu zjawisk chemicznych i biologicznych, jakie w nich zachodzą. Informacja ta musi być uzupełniona wiedzą o rodzaju promieniowania, wielkości napromieniowanego obszaru ciała, rodzaju narządu lub tkanki, a także o czasie, w jakim dawka została pochłonięta, czyli o mocy dawki.
Moc dawki promieniowania to dawka promieniowania w jednostce cza-su, czyli stosunek dawki do czasu, w którym została otrzymana.
W praktyce przy mniejszych przedziałach czasu używa się pojęcia "moc dawki", przy większych - pojęcia "dawka tygodniowa, miesięczna, roczna".
Układy jednostek, |
Wielkości promieniowania |
|||||
|
Dawka ekspozycyjna |
Moc dawki ekspozycyjnej |
Dawka pochłonięta |
Moc dawki pochloniętej |
Aktywność |
Równoważnik dawki |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Tradycyjny |
rentgen R |
rentgen na godzinę R/h |
rad rd |
red na godzinę rd/h |
kiur (curie) Ci |
rem |
SI |
kulomb na kilogram C/kg |
amper na kilogram A/kg |
grey Gy |
grey na sekundę(godzinę) Gy/s(h) |
bekerel Bq |
siwert Sv |
Zależności między jednostkami układów |
1 R = 2,58 x 10-4 C/kg |
1 R/h = 7,1666 x 108 A/kg |
1 rd = 1 cGy |
1 rd/h = 1,18 R/h = 10-2Gy/h |
1 Ci = 3,7 x 1010Bq = 37 GBq |
1 rem = 10 mSv |
Definicja |
miara jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania X lub gamma |
przyrost dawki ekspozycyjnej w czasie |
miara pochłonięcia energii promieniowania przez różne materiały |
przyrost dawki pochłoniętej w czasie |
liczba rozpadów w ciągu jednej sekundy |
miara pochłaniania energii przez żywe organizmy (skutki biologiczne) |
Rozróżniamy moc dawki ekspozycyjnej, moc dawki pochłoniętej oraz moc równoważnika dawki. Jednostką mocy dawki ekspozycyjnej jest rentgen na godzinę (R/h) oraz jednostki pochodne, np. mikrorentgen na godzinę (mR/h). W układzie SI jednostką mocy dawki ekspozycyjnej jest amper na kilogram (A/kg). Jednostką mocy dawki pochłoniętej jest rad na godzinę (rd/h), a w układzie SI grey na sekundę (Gy/s) lub grey na godzinę (Gy/h) i centygrey na godzinę (cGy/h).
Do oceny skutków działania biologicznego promieni alfa, beta, X, delta oraz strumienia neutronów (przy kilku rodzajach promieniowania naraz sumuje się wszystkie dawki) służy jednostka zwana biologicznym równoważnikiem dawki. Jest nią rem, a w układzie SI siwert (Sv) i jego pochodne: mili- i mikrosiwert. Zależność między jednostką siwert a remem wyraża się: l Sv = 100 remów.
W odniesieniu do skażeń promieniotwórczych stosuje się pojęcia "gęstość skażenia" i "aktywność". Gęstość skażenia promieniotwórczego oznacza się na podstawie ilości substancji promieniotwórczej, przypadającej na jednostkę skażonej powierzchni. W praktyce skażenia promieniotwórcze terenu określa się za pomocą jednostek mocy dawki, a powietrza, wody i żywności oraz powierzchni przedmiotów aktywnością, czyli liczbą rozpadów zachodzących w jednostce czasu w określonej jednorodnej substancji promieniotwórczej.
Dotychczas używaną jednostką pomiaru aktywności jest curie lub kiur (Ci). Jest to aktywność ciała promieniotwórczego, w którym w czasie jednej sekundy zachodzi 37 miliardów przemian (rozpadów) jądrowych: l Ci = = 3,7 x 1010 rozpadów/s. Jest to jednostka bardzo duża, odpowiadająca aktywności l g radu, dlatego w praktyce używano pochodnych kiuru, np. mili-lub mikrokiur. W układzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq). Aktywność jest równa jednemu bekerelowi, jeżeli w ciągu jednej sekundy zachodzi jedna przemiana (rozpad): l Bq = l rozpad/s. W praktyce pomiarowej, ze względu na to, że bekerel jest jednostką bardzo małą, operuje się jego wielokrotnością, np. kilo-, mega-, giga-, terabekerel. Zależność między jednostkami kiuru i bekerelem wyraża się następująco: l Ci = 3,7 x 1010 Bq = = 37 Gbq.
Aktywność substancji promieniotwórczej odniesiona do masy, objętości lub powierzchni jest aktywnością właściwą materiału (obiektu).
Dotychczas stosowaną jednostką aktywności właściwej w jednostce masy (np. materiału sypkiego) jest kiur na gram (l Ci/g), w jednostce objętości (np. cieczy) - kiur na centymetr sześcienny (l Ci/cm3), a w jednostce powierzchni - kiur na centymetr kwadratowy (l Ci/cm2). Analogicznie jednostkami aktywności właściwej w układzie SI są bekerel na kilogram (l Bq/kg), bekerel na metr sześcienny (l Bq/m3) i bekerel na metr kwadratowy (l Bq/m2). W wyniku samoczynnego rozpadu substancji promieniotwórczych stopień skażenia promieniotwórczego w rejonie wybuchu jądrowego i wzdłuż drogi przesuwania się obłoku zmniejsza się z upływem czasu. Orientacyjnie przyjmuje się, że stopień skażenia po upływie 7 godzin zmniejsza się dziesięciokrotnie, a po 49 godzinach stokrotnie.