Зиверт
Производная единица СИ · величина: эквивалентная и эффективная доза
01 · Определение
Зиверт — поглощённая доза, умноженная на коэффициенты, которые учитывают тип излучения и чувствительность облучённых органов. Размерность та же, что у грея, но зиверт отвечает не на вопрос «сколько энергии», а на вопрос «насколько это опасно».
Средний житель Земли получает за год около двух с половиной миллизивертов, и большая часть приходится не на технику, а на радон, просачивающийся из грунта в подвалы и первые этажи. Медицинская диагностика добавляет примерно столько же в странах с развитым здравоохранением. Аварии, атомная энергетика и испытания вместе дают доли процента — но именно они определяют, как единицу воспринимают.
Взвешивающие коэффициенты не выводятся из уравнений: их назначает Международная комиссия по радиологической защите, обобщая данные о выживших в Хиросиме, о шахтёрах урановых рудников и о лабораторных животных. Комиссия пересматривает их раз в десять-двадцать лет, и числа меняются: нейтронам когда-то приписывали ступенчатую шкалу, теперь — плавную кривую с максимумом около одного мегаэлектронвольта. Это значит, что доза в зивертах, посчитанная в 1990 году, и та же доза по нынешним правилам — разные числа при одинаковом облучении.
02 · Пересчёт
Введите дозу — паспорт разложит её по единицам
Бэр держался в советских и американских документах до девяностых, и один бэр равен сотой доле зиверта — той же пропорции, что рад к грею. Пересчёт из греев требует знать тип излучения: для фотонов и электронов числа совпадают, для альфа-частиц отличаются в двадцать раз.
Бэр расшифровывается как «биологический эквивалент рентгена» и появился в сороковых, когда уже было ясно, что одна и та же ионизация вредит по-разному. Зиверт занял его место в 1979 году, увеличив единицу в сто раз, — и это привело к тем же путаницам, что с радом и греем: цифра из старого протокола, прочитанная как современная, занижает дозу в сто раз. В российских нормах радиационной безопасности бэр официально допускался до 2000-х, и в документации старых объектов он встречается до сих пор.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| Sv | зиверт, единица СИ | 0,0024 | аварии, острые дозы |
| mSv | миллизиверт | 2,4 | нормы, медицина, годовые дозы |
| µSv | микрозиверт | 2400 | снимки, перелёты, фон |
| nSv | нанозиверт | 2 400 000 | мощность дозы, чувствительные приборы |
| Gy | грей при коэффициенте 1 | 0,0024 | только фотоны и электроны |
| лет | лет среднемирового фона | 1 | во сколько лет фона это обходится |
| бэр | биологический эквивалент рентгена, 1940-е | 0,24 | СССР и США до 1990-х |
| мбэр | миллибэр | 240 | дозиметрия персонала |
| Р | рентген в воздухе, приближённо | 0,27273 | ионизация воздуха, не ткани |
| рад | рад при коэффициенте 1 | 0,24 | поглощённая доза, не эквивалентная |
| Sv | зиверт | 0,0024 | современная единица |
Строка с греями верна только для рентгеновского и гамма-излучения, где взвешивающий коэффициент равен единице. Часы полёта посчитаны для эшелона одиннадцать километров в средних широтах.
03 · Порядки величин
от банана до аварийной сменыДва с половиной миллизиверта: среднемировой год
04 · Приборы измерения
Чем измеряют зиверты
Кремниевый детектор в кармане халата: считает импульсы, копит дозу и предупреждает писком при превышении порога мощности. Показывает не эффективную дозу, а операционную величину — то, что прибор действительно способен измерить.
Шар из полиэтилена диаметром в четверть метра с гелиевым счётчиком внутри. Оболочка подобрана так, чтобы чувствительность прибора повторяла кривую взвешивающего коэффициента нейтронов, — прибор сразу выдаёт зиверты, а не отсчёты.
Термолюминесцентные таблетки под окошками из алюминия, меди и пластика. По разнице почернения под фильтрами восстанавливают энергию и тип излучения, а значит и коэффициент, — без этого перевести отсчёты в зиверты нельзя.
Кресло в комнате со стенами из старой стали и свинца, где детектор ловит гамма-излучение изотопов, попавших внутрь тела. Считает цезий и калий в человеке напрямую и переводит их в ожидаемую дозу за следующие пятьдесят лет.
05 · Правила записи
Зиверт всегда с уточнением, чья это доза
Символ пишется с заглавной S и строчной v, русское обозначение — Зв. В быту дозу почти всегда указывают в миллизивертах и микрозивертах: целый зиверт означает тяжёлое поражение, и в нормальных ситуациях такое число не встречается. Мощность дозы записывают в микрозивертах в час, и её нельзя приводить без времени экспозиции.
Эффективная доза придумана для управления защитой, а не для оценки вреда конкретному человеку: она усредняет чувствительность органов по условному человеку среднего возраста и обоих полов сразу. Применять её задним числом к пострадавшему — распространённая ошибка; для этого считают дозу на конкретный орган. И ещё одно правило: суммировать эффективные дозы от разных источников можно, а сравнивать их с показаниями бытового дозиметра — почти никогда.
06 · Соседние единицы
Зиверт замыкает радиологическую цепочку: беккерель считает распады, грей — энергию, дошедшую до вещества, зиверт — ожидаемый вред. С каждым шагом добавляется информация, которой в предыдущей единице нет.
Тканевые коэффициенты распределены неравномерно: красный костный мозг, лёгкие, желудок и молочная железа получают по двенадцать сотых, кожа и кости — по одной сотой. Из паспортов Simetrium к зиверту примыкают грей, беккерель, кюри и джоуль с килограммом в основании размерности.
07 · Исторический раздел
Как энергию научились переводить в риск
Рольф Зиверт возглавил физический отдел Радиумхеммет и стал одним из основателей международной комиссии по защите от излучения. Он же построил первые приборы для контроля доз пациентов и настаивал, что предел должен быть числом, а не мнением врача.
Работы с реакторами и нейтронами показали, что одинаковая ионизация вредит по-разному. Появился бэр — доза, эквивалентная по эффекту одному рентгену, и вместе с ним понятие относительной биологической эффективности.
Генеральная конференция по мерам и весам ввела зиверт через четыре года после грея, признав, что двум величинам с одинаковой размерностью нужны разные имена. Иначе в документах невозможно было понять, о какой из них идёт речь.
Комиссия заменила ступенчатую шкалу для нейтронов плавной кривой, изменила вес молочной железы и половых желёз, ввела отдельный коэффициент для протонов. Все дозы, посчитанные по правилам 1990 года, пришлось признать несопоставимыми с новыми.
Единственная единица СИ, которую нельзя измерить
Эффективную дозу не измеряет ни один прибор и не может измерить в принципе: она определена через сумму по органам живого человека, взвешенную коэффициентами, которые назначены комиссией по соображениям защиты. Чтобы дозиметрия оставалась работоспособной, придумали операционные величины — амбиентный эквивалент дозы и индивидуальный эквивалент дозы. Их считают не для человека, а для условного шара из тканеэквивалентного вещества диаметром тридцать сантиметров, и вот их уже можно воспроизвести эталоном и записать в паспорт прибора. Приборы калибруют по этим величинам, а комиссия отдельно проверяет, что они дают запас в безопасную сторону относительно эффективной дозы. Получается конструкция из трёх этажей: измеряемая величина, вычисляемая величина и коэффициенты, соединяющие их по договорённости, а не по уравнению. Именно поэтому цифра с бытового дозиметра и цифра из отчёта о годовой дозе — не одно и то же число, даже если единица на обеих одинаковая.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 36 языках.