Зиверт как единица измерения дозы¶

Зиверт (русское обозначение: Зв; международное: Sv) — единица измерения эквивалентной и эффективной дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ). Один зиверт равен дозе, при которой произведение поглощённой дозы в биологической ткани на взвешивающий коэффициент для данного вида излучения равно одному джоулю на килограмм. Единица названа в честь шведского физика Рольфа Зиверта и применяется преимущественно в радиационной безопасности, медицине и ядерной энергетике для оценки воздействия излучения на живые организмы.

¶Определение и физический смысл

Зиверт — производная единица СИ, выражаемая через основные единицы как м²/с². Формально:

1 Зв = 1 Дж/кг = 1 м²/с².

Ключевое отличие зиверта от грэя (единицы поглощённой дозы) состоит в учёте биологической эффективности разных видов излучения. Поглощённая доза измеряется в грэях и характеризует количество энергии, переданной веществу, безотносительно к его природе. Эквивалентная доза получается умножением поглощённой дозы на взвешивающий коэффициент излучения, отражающий относительную опасность конкретного типа частиц.

Для рентгеновского, гамма- и бета-излучения коэффициент равен 1; для протонов и нейтронов он составляет от 2 до 20 в зависимости от энергии; для альфа-частиц и тяжёлых ионов — до 20. Таким образом, одинаковая поглощённая энергия от альфа-излучения создаёт в 20 раз большую эквивалентную дозу, чем от гамма-излучения.

¶История

Рольф Зиверт (1896–1966) — шведский физик-радиолог, один из пионеров радиационной биологии. Он занимался изучением действия ионизирующего излучения на живые ткани и в 1920–1930-х годах разрабатывал методы дозиметрии. В 1979 году на XVI Генеральной конференции по мерам и весам зиверт был официально принят как специальное наименование единицы эквивалентной дозы, заменив применявшийся ранее биологический эквивалент рентгена (бэр). Соотношение между ними: 1 Зв = 100 бэр.

¶Кратные и дольные единицы

На практике чаще всего используются дольные единицы, поскольку типичные дозы облучения человека существенно меньше одного зиверта.

Миллизиверт — основная рабочая единица в радиационной защите и медицинской диагностике, микрозиверт — в измерениях мощности дозы и радиационного фона.

¶Применение

¶Радиационная безопасность

Зиверт лежит в основе нормирования облучения персонала и населения. В Российской Федерации действуют нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009), устанавливающие пределы дозы. Для персонала радиационно опасных объектов предел эффективной дозы составляет 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные пять лет, но не более 50 мЗв в год. Для населения предел установлен на уровне 1 мЗв в год.

¶Медицина

В лучевой диагностике и терапии зиверт применяется для оценки доз, получаемых пациентом. Типичные значения:

• флюорография — около 0,05–0,4 мЗв;
• рентгенография грудной клетки — 0,1–0,3 мЗв;
• компьютерная томография — от 2 до 20 мЗв в зависимости от области исследования;
• лучевая терапия опухолей — десятки грэев локально, что соответствует сопоставимым эквивалентным дозам в облучаемом объёме.

¶Естественный фон

Среднемировая естественная доза облучения человека составляет примерно 2,4 мЗв в год, включая внешнее космическое и земное излучение, а также внутреннее облучение от природных радионуклидов (радон, калий-40 и другие). В отдельных регионах с повышенным содержанием радона или урановых пород значения могут достигать десятков миллизивертов в год.

¶Эффективная доза и коллективные величины

Помимо эквивалентной дозы, зиверт используется для эффективной дозы, учитывающей радиочувствительность разных органов и тканей через тканевые взвешивающие коэффициенты. Сумма вкладов всех органов даёт эффективную дозу, также измеряемую в зивертах.

Для оценки коллективного облучения применяется человеко-зиверт (чел.-Зв) — сумма индивидуальных эффективных доз по группе людей. Эта величина используется при оценке радиационных рисков и ущерба от аварий.

¶Пороговые и опасные значения

Ориентировочные эффекты острого облучения всего тела:

• до 0,1 Зв — клинически значимых изменений не наблюдается;
• 0,5–1 Зв — возможны изменения в крови, признаки лучевой реакции;
• 1–2 Зв — лёгкая форма острой лучевой болезни;
• 2–4 Зв — средняя тяжесть, без лечения возможен летальный исход;
• 4–6 Зв — тяжёлая форма, высокая вероятность смерти без интенсивной терапии;
• свыше 6 Зв — крайне тяжёлая форма, прогноз неблагоприятный.

Эти значения относятся к однократному относительно равномерному облучению всего тела и служат ориентиром, а не строгой границей: индивидуальная чувствительность варьируется.

¶Соотношения с другими единицами

• 1 Зв = 100 бэр (устаревшая внесистемная единица);
• 1 Зв = 1 Гр × взвешивающий коэффициент;
• 1 Р (рентген) ≈ 0,01 Зв для гамма-излучения в мягких тканях.

Рентген характеризует экспозиционную дозу, то есть ионизацию воздуха, и не является прямой заменой зиверту, хотя для практических оценок часто используется приближённое соотношение.

¶Зиверт в быту и измерениях

Бытовые дозиметры-радиометры обычно показывают мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час (мкЗв/ч). Нормальный радиационный фон на открытой местности составляет примерно 0,1–0,2 мкЗв/ч. Повышенные значения могут указывать на наличие природных аномалий, строительных материалов с повышенным содержанием радионуклидов или техногенное загрязнение.

¶Источники

• Международное бюро мер и весов. SI Brochure.
• Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009.
• Публикации Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ).
• Материалы по радиационной дозиметрии и медицинской физике.