DOZIMETRIJA Zadatak dozimetrije je kvantitativno pridruženje kemijskih ili bioloških efekata (promjena) fizički mjerljivom polju zračenja. Početna fizička perturbacija, elektronski su prijelazi i ionizacija, nakon koje slijedi i kemijski i / ili biološki efekti. EKSPOZICIJA Tradicionalno prva fizikalna veličina povezana s X zračenjem (dakle vrijedi i za γ zračenje) jest EKSPOZICIJA. Ona se definira kao količina ionizacije u jedinici volumena odnosno jedinici mase zraka. Jedinica je 1 R (Roentgen). Originalno je (1928.) definiran kao količina X ili γ zračenja koja u 0.001293 g zraka (1 cm3) proizvede 1 ESU (1 elektrostatska jedinica naboja) naboja oba predznaka.

101 3,34 10ESU −= ⋅ C , -30,001293 gcmzrakaρ = 1962. godine je redefinirana kao 1 R =2,58 10-4 Ckg-1 ( kulona po kilogramu zraka )

104

3 3 1

1ESU 3,34 10 2,58 100,001293 10

Ccm kg g

−−

− −

⋅= =

⋅ ⋅⋅ Ckg-1

Dakle, m

aekspozicijΔΔ

=Q , vrijedi samo za zrak.

APSORBIRANA DOZA Koncept ekspozicije i definicija reontgena dala je praktičan, mjerljiv standard za elektromagnetsko zračenje u zraku. Međutim, zbog postojanja drugih tipova zračenja i drugih tvari ( posebno tkiva ) bilo je potrebno definirati djelovanje zračenja na drugačiji način. To je dovelo do pojma APSORBIRANE DOZE. Definirana je kao energija apsorbirana od strane jedinične mase tvari, za bilo koju vrstu ionizirajućeg zračenja. Jedinica apsorbirane

doze je kgJ , nazvana 1 Gray (Gy). Starija jedinica, 1 rad definirana je kao 100 erga po gramu

tvari. Slijedi da je: 7

43

1J 101 Gy 10 100 rad1kg 10

erga ergag g

= = = =

Apsorbirana doza (simbol D) najčešće se zove samo dozom. Ona se smatra funkcijom točke, ima vrijednost u svakoj točki ozračenog objekta. Zanimljivo je izračunati apsorbiranu dozu u zraku kad ekspozicija iznosi 1 R.

-432,58 10 C 34J J1 8

kg C kgR −⋅= ⋅ = ⋅,8 10

Fotoni proizvode sekundarne elektrone u zraku, za koje prosječna energija potrebna da proizvede 1 ionski par u zraku iznosi 34 eV što je ekvivalentno apsorbiranoj energiji po jedinici naboja od 34 J/C . To je ugrađeno u prethodnu relaciju i dobijeno je da ekspozicija od 1 R proizvede u zraku apsorbiranu dozu od 38,8 10−⋅ Gy (=0,88 rad).

Proračuni kažu da 1 R proizvede 39,5 10−⋅ Gy apsorbirane doze u tkivu, odnosno 0,95 rad. Brojke od 0,95 je dovoljno bliska jedinici da bi se udomaćilo da je 1 R ekvivalentan jednom radu (0,01 Gy). EKVIVALENTNA DOZA Već od samih početaka istraživanja djelovanje ionizirajučeg zračenja na tkivo, bilo je opaženo da je za zadanu razinu biološkog oštećenja (primjerice 50-postotnog uništenja stanica) odgovorna različita doza zračenja. Radijacija s većom vrijednošću specifične ionizacije (engl. LET - Linear Energy Transfer), općenito je štetnija za biološki sustav. Stoga je bilo nužno definirati - uvesti koncept Ekvivalentne Doze. Internacionalna komisija za radiološku zaštitu ICRP (International Commission on Radiological Protection), NCRP ( National Council on Radiological Protection and Measurement ) i ICRU (International Commission on Radiological Units and Measurement) uveli su koncept ekvivalentne doze. Ekvivalentna doza H definirana je kao produkt apsorbirane doze D i bezdimenzionalnog faktora Q zvanog " quality factor Q " koji je funkcija specifične ionizacije, odnosno LET parametara.

H Q D= ⋅ Kad je apsorbirana doza iskazana u Gy-ima SI jedinica ekvivalentne doze je 1 Sievert (Sv) a kad imamo apsorbiranu dozu u rad-ima, starija jedinica za ekvivalentnu dozu jest jedan rem (roentgen-eqvivalent-man). Kako je:

1 Gy = 100 rad ⇒ 1 Sv = 100 rem-a Do 1990. navedena internacionlan i američka (National) tijela slijedila su sljedeću tablicu

ovisnosti Q-faktora o LET-parametru 2H O

keVμm

dEdx

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠

.

LET (keV μm-1)

Q

3,5 ili manje

1

3,5-7

1-2

7-23

2-5

23-53

5-10

53-175

10-20

+− eeX ,,,γ

1

Tablica 1. Ovisnosti Q-faktora o LET-parametru do 1990.

Nakon 1990. spomenuta su tijela dogovorila sljedeću tablicu za Q-faktor

LET (keV μm-1)

Q

<10

1

10-100

0,32 L - 2,2

>100

L

300

Tablica 2. Ovisnosti Q-faktora o LET-parametru nakon 1990.

Primjer: Radnik je dobio apsorbiranu dozu od 0,1 mGy od 2 MeV-skih neutrona. Kolika je ekvivalentna doza dobivena na temelju tablice 1? Rješenje: Najveći dio doze dobiven je od elastičnih raspršenja neutrona na jezgrama vodika (protonima) u tkivu. Gruba procjena kaže da je prosječna energija raspršenih protona Ep ≈ 1 MeV, a

tablica 5.3 (TURNER) kaže da je za 1 MeV-ske protone LET dEdxρ

⎛ ⎞−⎜⎝ ⎠

⎟ = 270 2MeVcm

g

270 MeV cm-1 = 27 keV μm-1

U skladu s tablicom 1. za 27 -1

keVμm

vrijedi ( 23-53 -1

keV 5 10μm

Q⇒ = − ), te uzimamo Q=6

samo za protone. Odboj jezgri kisika (O), ugljika (C) te dušika (N) ima znatno veće LET vrijednosti no oni se događaju znatno rjeđe, stoga da bi bili na "sigurnoj strani" uzimamo da je Q=12.

mSvH 2,11,012 =⋅=

(detaljni je račun pokazao da treba uzeti Q=10)