Was ist Energiedosis – Definition

Die Energiedosis ist definiert als die Energiemenge, die durch ionisierende Strahlung in einer Substanz abgegeben wird. Die Energiedosis wird mit dem Symbol D gekennzeichnet. Die Energiedosis wird normalerweise in einer Einheit gemessen, die als Gray (Gy) bezeichnet wird und vom SI-System abgeleitet ist. Strahlendosimetrie

Die Energiedosis ist definiert als die Energiemenge, die durch ionisierende Strahlung in einer Substanz abgegeben wird. Energiedosis wird das Symbol gegeben D . Die Energiedosis wird normalerweise in einer Einheit gemessen, die als Gray (Gy) bezeichnet wird und vom SI-System abgeleitet ist. Gelegentlich wird auch die Nicht-SI-Einheit rad verwendet, überwiegend in den USA.

Energiedosis - Definition

EnergiedosisEinheiten der Energiedosis:

  • Grau . Eine Dosis von einem Grau entspricht einer Energieeinheit (Joule), die in einem Kilogramm eines Stoffes gespeichert ist.
  • RAD . Eine Dosis von einem Rad entspricht der Ablagerung von einhundert Erg Energie in einem Gramm eines beliebigen Materials.

Warum beschäftigen wir uns mit einer Strahlendosis? In den vorangegangenen Kapiteln haben wir die Radioaktivität und die Intensität einer radioaktiven Quelle erörtert , die normalerweise in Becquerel gemessen wird . Jede radioaktive Quelle stellt jedoch kein biologisches Risiko dar , solange sie von der Umwelt isoliert ist. Wenn jedoch Personen oder ein anderes System (auch nicht biologisch) Strahlung ausgesetzt sind, lagert sich Energie im Material ab und es wird eine Strahlungsdosis abgegeben.

Es ist daher sehr wichtig, zwischen der Radioaktivität einer radioaktiven Quelle und der Strahlungsdosis zu unterscheiden, die sich aus der Quelle ergeben kann. Im Allgemeinen hängt die Strahlungsdosis von den folgenden Faktoren in Bezug auf die radioaktive Quelle ab:

  • Aktivität. Die Aktivität der Quelle beeinflusst direkt die im Material abgelagerte Strahlungsdosis.
  • Art der Strahlung . Jede Strahlungsart interagiert auf unterschiedliche Weise mit der Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einen Teil oder alle ihre Energien auf die Materie übertragen.
  • Entfernung. Die Höhe der Strahlenexposition hängt vom Abstand zur Strahlungsquelle ab. Ähnlich wie bei der Hitze eines Feuers ist die Intensität der Wärmestrahlung zu hoch und Sie können sich verbrennen. Wenn Sie in der richtigen Entfernung sind, können Sie dort problemlos bestehen und es ist außerdem bequem. Wenn Sie zu weit von der Wärmequelle entfernt sind, kann Ihnen auch die unzureichende Wärme schaden. Diese Analogie kann in gewissem Sinne auch auf Strahlung von Strahlungsquellen angewendet werden.
  • Zeit. Die Höhe der Strahlenexposition hängt direkt (linear) von der Zeit ab, die Menschen in der Nähe der Strahlungsquelle verbringen.
  • Abschirmung. Schließlich hängt die Strahlungsdosis auch vom Material zwischen Quelle und Objekt ab. Wenn die Quelle zu intensiv ist und Zeit oder Entfernung keinen ausreichenden Strahlenschutz bieten, kann die Abschirmung verwendet werden.

Die Gefahr ionisierender Strahlung besteht darin, dass die Strahlung unsichtbar ist und von den menschlichen Sinnen nicht direkt wahrgenommen werden kann. Menschen können Strahlung weder sehen noch fühlen, aber sie gibt Energie an die Körpermoleküle ab. Die Energie wird für jede Wechselwirkung zwischen der Strahlung und einem Molekül in kleinen Mengen übertragen, und es gibt gewöhnlich viele solcher Wechselwirkungen.

In Kernkraftwerken besteht das zentrale Problem darin, Mensch und Umwelt vor Gammastrahlen und Neutronen zu schützen , da die Reichweite geladener Teilchen (wie Betateilchen und Alphateilchen) in der Materie sehr gering ist. Andererseits müssen wir uns mit der Abschirmung aller Arten von Strahlung befassen, da jeder Kernreaktor eine signifikante Quelle für alle Arten von ionisierender Strahlung ist.

Siehe auch: Gammastrahlendämpfung

Siehe auch: Neutronenabschirmung

Grau – Einheit der absorbierten Dosis

Eine Dosis von einem Grau entspricht einer Energieeinheit (Joule), die in einem Kilogramm einer Substanz abgelagert ist. Diese Einheit wurde zu Ehren von Louis Harold Gray benannt , der einer der großen Pioniere der Strahlenbiologie war. Ein Grau ist eine große Menge der absorbierten Dosis. Eine Person, die eine Ganzkörperdosis von 1 Gy aufgenommen hat, hat ein Joule Energie pro kg Körpergewebe aufgenommen.

In der Industrie gemessene absorbierte Dosen (außer Nuklearmedizin) haben normalerweise niedrigere Dosen als ein Grau, und die folgenden Vielfachen werden häufig verwendet:

1 mGy (Milligray) = 1E-3 Gy

1 uGy (Mikrograu) = 1E-6 Gy

Die Umrechnungen von den SI-Einheiten in andere Einheiten lauten wie folgt:

  • 1 Gy = 100 rad
  • 1 mGy = 100 mrad

Das Grau und das Rad sind physikalische Einheiten. Sie beschreiben die physikalische Wirkung der einfallenden Strahlung (dh die pro kg abgelagerte Energiemenge), sagen jedoch nichts über die biologischen Folgen einer solchen Energiedeposition in lebendem Gewebe aus.

Absorbierte Dosisleistung

Die absorbierte Dosisrate ist die Rate, mit der eine absorbierte Dosis empfangen wird. Es ist ein Maß für die Intensität (oder Stärke) der Strahlendosis. Die absorbierte Dosisrate ist daher definiert als:

absorbierte Dosisleistung - Definition

In herkömmlichen Einheiten wird es in mrad / s ,  rad / h, mGy / s oder Gy / h gemessen . Da die Menge der Strahlenexposition direkt (linear) von der Zeit abhängt, die Menschen in der Nähe der Strahlungsquelle verbringen, entspricht die absorbierte Dosis der Stärke des Strahlungsfeldes (Dosisleistung) multipliziert mit der in diesem Feld verbrachten Zeit. Das obige Beispiel zeigt, dass eine Person eine Dosis von 25 Millirem erwarten kann, wenn sie 30 Minuten in einem Feld von 50 Millirem / Stunde bleibt.

Beispiele für absorbierte Dosen in Grautönen

Wir müssen beachten, dass Strahlung überall um uns herum ist. In, um und über der Welt, in der wir leben. Es ist eine natürliche Energiekraft, die uns umgibt. Es ist ein Teil unserer natürlichen Welt, der seit der Geburt unseres Planeten hier ist. In den folgenden Punkten versuchen wir, enorme Bereiche der Strahlenexposition auszudrücken, die aus verschiedenen Quellen erhalten werden können.

  • 0,05 µGy – Schlafen neben jemandem
  • 0,09 µGy – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 30 Meilen um ein Kernkraftwerk leben
  • 0,1 µGy – Eine Banane essen
  • 0,3 µGy – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 50 Meilen um ein Kohlekraftwerk leben
  • 10 µGy – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
  • 20 µGy – Röntgenaufnahme der Brust
  • 40 µGy – Ein 5-stündiger Flugzeugflug
  • 600 µGy – Mammographie
  • 1 000 µGy – Dosisgrenze für einzelne Mitglieder der Öffentlichkeit, effektive Gesamtdosis pro Jahr
  • 3 650 µGy – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund
  • 5 800 µGy – Brust-CT-Scan
  • 10 000 µGy – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund in Ramsar, Iran
  • 20 000 µGy – Einzel-Ganzkörper-CT
  • 175 000 µGy – Jährliche Dosis natürlicher Strahlung an einem Monazitstrand in der Nähe von Guarapari, Brasilien.
  • 5 000 000 µGy – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD50 / 30), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird .

Wie zu sehen ist, sind niedrige Dosen im Alltag üblich. Die vorherigen Beispiele können helfen, relative Größen zu veranschaulichen. Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Konsequenzen ist es sehr wichtig, zwischen Dosen zu unterscheiden, die über kurze und längere Zeiträume erhalten werden . Eine „ akute Dosis “ tritt über einen kurzen und begrenzten Zeitraum auf, während eine „ chronische Dosis “ auftritt”Ist eine Dosis, die über einen längeren Zeitraum anhält, damit sie besser durch eine Dosisleistung beschrieben werden kann. Hohe Dosen neigen dazu, Zellen abzutöten, während niedrige Dosen dazu neigen, sie zu beschädigen oder zu verändern. Niedrige Dosen, die über lange Zeiträume verteilt sind, verursachen für kein Körperorgan ein unmittelbares Problem. Die Auswirkungen niedriger Strahlendosen treten auf der Ebene der Zelle auf, und die Ergebnisse werden möglicherweise über viele Jahre hinweg nicht beobachtet.

Berechnung der abgeschirmten Dosisleistung

Angenommen, die punktisotrope Quelle enthält 1,0 Ci von 137 Cs und hat eine Halbwertszeit von 30,2 Jahren . Es ist zu beachten, dass die Beziehung zwischen der Halbwertszeit und der Menge eines Radionuklids, die erforderlich ist, um eine Aktivität von einem Curie zu ergeben , unten gezeigt ist. Diese Materialmenge kann mit λ berechnet werden, der Zerfallskonstante bestimmter Nuklide:

Curie - Aktivitätseinheit

Etwa 94,6 Prozent zerfallen durch Beta-Emission zu einem metastabilen Kernisomer von Barium: Barium-137m. Der Hauptphotonenpeak von Ba-137m beträgt 662 keV . Nehmen Sie für diese Berechnung an, dass alle Zerfälle diesen Kanal durchlaufen.

Bestimmen Sie die primäre Photonendosisrate in Grau pro Stunde (Gy.h -1 ) an der Außenfläche eines 5 cm dicken Bleischilds . Die Primärphotonendosisrate vernachlässigt alle Sekundärteilchen. Angenommen, der effektive Abstand der Quelle vom Dosispunkt beträgt 10 cm . Wir werden auch annehmen, dass der Dosispunkt Weichgewebe ist und vernünftigerweise durch Wasser simuliert werden kann, und wir verwenden den Massenenergieabsorptionskoeffizienten für Wasser.

Siehe auch: Gammastrahlendämpfung

Siehe auch: Abschirmung von Gammastrahlen

Lösung:

Die Primärphotonendosisrate wird exponentiell abgeschwächt , und die Dosisrate von Primärphotonen unter Berücksichtigung der Abschirmung ist gegeben durch:

Dosisleistungsberechnung

Wie zu sehen ist, berücksichtigen wir den Aufbau von Sekundärstrahlung nicht. Wenn Sekundärteilchen erzeugt werden oder wenn die Primärstrahlung ihre Energie oder Richtung ändert, ist die effektive Dämpfung viel geringer. Diese Annahme unterschätzt im Allgemeinen die wahre Dosisleistung, insbesondere für dicke Abschirmungen und wenn der Dosispunkt nahe an der Abschirmoberfläche liegt, aber diese Annahme vereinfacht alle Berechnungen. In diesem Fall ist die tatsächliche Dosisleistung (mit dem Aufbau von Sekundärstrahlung) mehr als doppelt so hoch.

Um die absorbierte Dosisleistung zu berechnen , müssen wir in der Formel Folgendes verwenden:

  • k = 5,76 · 10 & supmin; & sup7;
  • S = 3,7 × 10 10 s –1
  • E = 0,662 MeV
  • μ t / ρ =  0,0326 cm 2 / g (Werte sind bei NIST erhältlich)
  • μ = 1,289 cm -1 (Werte sind bei NIST erhältlich)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Ergebnis:

Die resultierende absorbierte Dosisrate in Grautönen pro Stunde beträgt dann:

absorbierte Dosisleistung - grau - Berechnung

Wenn wir den Aufbau von Sekundärstrahlung berücksichtigen wollen, müssen wir den Aufbaufaktor einbeziehen. Die erweiterte Formel für die Dosisleistung lautet dann:

absorbierte Dosisleistung - grau

Von der absorbierten Dosis zur äquivalenten Dosis

Wie geschrieben wurde, interagiert jede Art von Strahlung auf unterschiedliche Weise mit Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einige oder alle ihrer Energien auf die Materie übertragen. Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn die biologischen Wirkungen der Strahlung direkt proportional zur absorbierten Dosis wären . Leider hängen biologische Wirkungen auch davon ab, wie die absorbierte Dosis entlang des Strahlungswegs verteilt wird. Studien haben gezeigt, dass Alpha- und Neutronenstrahlung bei einer bestimmten Energiedeposition pro kg Gewebe einen größeren biologischen Schaden verursachen als Gammastrahlung. Es wurde festgestellt, dass die biologischen Auswirkungen jeglicher Strahlung zunehmenmit dem linearen Energietransfer (LET). Kurz gesagt, der biologische Schaden durch Strahlung mit hohem LET ( Alpha-Teilchen , Protonen oder Neutronen ) ist viel größer als der durch Strahlung mit niedrigem LET ( Gammastrahlen)). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über einen großen Bereich ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf einen kleinen Bereich konzentrieren. Da bei gleicher physikalischer Dosis mehr biologische Schäden verursacht werden (dh dieselbe Energie pro Masseeinheit Gewebe), ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energien) unterschiedliche biologische Wirkungen bei gleicher absorbierter Dosis bewirken, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als relative biologische Wirksamkeit (RBE) und Strahlungsgewichtungsfaktor (w R ) bekannt sind.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.net oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.