Přehled veličin, včetně jejich definičních vztahů, používaných v radiační ochraně pro kvantifikaci stochastických biologických účinků je ilustrován na obr. 12. Tyto veličiny vycházejí v zásadě z koncepce dávky v určitém bodě ve tkáni, který je potom rozšířen na dávkový ekvivalent v bodě a na střední dávku ve tkáni nebo orgánu. Na základě střední dávky jsou potom definovány veličiny ekvivalentní dávka H_Ta efektivní dávka E, což jsou v radiační ochraně nejdůležitější veličiny, neboť právě v těchto veličinách jsou udány dávkové limity.

Obr. 12. Hlavní veličiny v radiační ochraně

V současné době vycházejí principy radiační ochrany z posledního doporučení ICRP 103, které navazuje na předchozí doporučení ICRP z r. 1991. Hodnoty váhových faktorů, a to jak radiačních (w_R), tak i tkáňových (w_T), se neustále upřesňují v souladu s posledními výsledky bádání v oblasti epidemiologie a radiobiologie.

Při ozáření osob je třeba přihlížet k oběma příspěvkům, k celkové hodnotě efektivní i ekvivalentní dávky, kde se musí zohlednit součet vnějšího a vnitřního ozáření (obr. 13).

Obr. 13. Vyjádření celkového ozáření a jeho příspěvků

Úvazek ekvivalentní dávky, H(τ), je definován jako časový integrál příkonu ekvivalentní dávky v konkrétní tkáni či orgánu, kterému byl vystaven jedinec po příjmu radioaktivní látky do těla osoby postižené vnitřní kontaminací, kde τ je doba integrace v rocích, tj.

kde τ je interval integrace následující po příjmu t_0.

Na druhé straně veličina úvazek efektivní dávky, E(τ), je pak dána vztahem

Vnitřní ozáření se realizuje především příjmem radionuklidů do těla prostřednictvím inhalace radionuklidů obsažených ve vzduchu a také v důsledku potravin (včetně vody), které obsahují určitá množství radionuklidů. Na základě stanovení příjmu radionuklidů lze s použitím příslušných převodních faktorů určit příspěvek k efektivní dávce a v některých případech ekvivalentní dávky.

Obr. 14. Kvantifikace vnitřního ozáření

Vhledem k tomu, že efektivní dávku a stejně tak ekvivalentní dávku od vnějšího záření není možné určit přímo měřením, pro monitorovací účely byly zavedeny tzv. operační veličiny, které již lze stanovit měřením. Operační veličiny (obr. 15) aproximují veličiny, v nichž jsou udávány dávkové limity. Tyto veličiny slouží ke kontrole ozáření pracovníků pomocí osobních dozimetrů a také k monitorování pracoviště.

Obr. 15. Operační veličiny pro ocenění vnějšího ozáření

Operační veličina pro osobní monitorování je osobní dávkový ekvivalent H_p(d), což je dávkový ekvivalent v ICRU (měkké) tkáni v příslušné hloubce d pod konkrétním bodem povrchu lidského těla. Tento konkrétní bod je normálně zvolen tam, kde se nosí osobní dozimetr. Pro hodnocení efektivní dávky je vybrána veličina H_p(10) v hloubce d = 10 mm a pro hodnocení dávky na kůži, ruce a nohy osobní dávkový ekvivalent H_p(0,07) v hloubce d = 0,07 mm. Hloubka d = 3 mm je navržena pro vzácný případ monitorování dávky na oční čočku. V praxi je však dávka H_p(3) monitorována zřídkakdy a pro týž účel monitorování se může použít H_p(0,07). V rutinním monitorování jsou hodnoty těchto operačních veličin pokládány za dostatečně přesné pro hodnocení efektivní dávky a dávky na kůži, zejména, jsou-li jejich hodnoty pod limity ochrany.

Osobní dávkový ekvivalent by měl dovolit ocenit efektivní dávku nebo by měl poskytovat konzervativní odhad pro téměř všechny expoziční podmínky. To ovšem vyžaduje, aby osobní dozimetr byl nošen na těle na místě, které je reprezentativní pro danou expozici. Pro pozici dozimetru na přední straně trupu dává veličina H_p(10) většinou konzervativní odhad E dokonce i v případě postranního nebo izotropního dopadu záření na tělo. V případě expozice zezadu však dozimetr nošený na přední straně a správně měřicí H_p(10) nehodnotí E vhodně. Také v případě částečné expozice těla nemusí odečet osobního dozimetru poskytovat reprezentativní hodnotu pro odhad efektivní dávky.

Jednotkou osobního dávkového ekvivalentu je sievert (Sv).

Aproximace efektivní dávky od vnějšího fotonového záření operační veličinou osobní dávkový ekvivalent závisí na energii a orientací fotonů dopadajících na lidské tělo. Tyto poměry jsou ilustrovány na obr. 16 pro tři typické ozařovací geometrie.

Obr. 16. Poměr osobního dávkového ekvivalentu H_p(10) a efektivní dávky E jako funkce energie fotonů pro různé geometrie (ISO - izotropní, ROT - rotační, AP - předozadní)

Poměr osobního dávkového ekvivalentu a efektivní dávky pro neutrony rovněž vykazuje určitou závislost (obr. 17). Tyto skutečnosti se musí brát v úvahu při interpretaci výsledků získaných při osobním monitorování. Navíc samotný osobní dozimetr vykazuje rovněž jistou energetickou závislost.

Obr. 17. Poměr osobního dávkového ekvivalentu H_p(10) a efektivní dávky E jako funkce energie neutronů pro různé geometrie (ISO - izotropní, ROT - rotační, AP - předozadní)

Pro všechny typy zevního záření je operační veličina pro monitorování prostředí definována na základě hodnoty dávkového ekvivalentu v bodě jednoduchého fantomu, tzv. ICRU kouli. To je koule z tkáňově ekvivalentního materiálu (30 cm v průměru, ICRU (měkká) tkáň s hustotou 1 g cm^-3 a hmotnostního složení: 76,2 % kyslík, 11,1 % uhlík, 10,1 % vodík, a 2,6 % dusík). Pro radiační monitorování se tato směs ve většině případů adekvátně blíží lidskému tělu, pokud jde o rozptylování a zeslabování posuzovaného pole záření.

Operační veličina pro monitorování prostředí definovaná v ICRU kouli by měla zachovat znak bodové veličiny a vlastnost aditivity. Toho je dosaženo zavedením termínu „rozšířené" a „usměrněné" pole záření v definici těchto veličin.

Rozšířené pole záření, definované jako pole hypotetické, je pole záření, v němž má spektrální a úhlová fluence stejnou hodnotu ve všech bodech dostatečně velkého objemu jako hodnota v aktuálním poli v bodě zájmu. Toto rozšíření pole záření zajišťuje, že celá ICRU koule je vystavena jakoby homogennímu poli záření se stejnou fluencí, energetickou a směrovou distribucí jako v bodu zájmu skutečného pole záření.

Jestliže veškeré záření je v rozšířeném poli záření orientované tak, že je namířené opačně k rádiusu vektoru ve specifikované ICRU kouli, je dosaženo usměrněné pole záření, tj. orientované a rozšířené. V tomto hypotetickém poli záření je ICRU koule homogenně ozářena z jednoho směru a fluence pole je integrálem směrového diferenciálu fluence v bodě zájmu skutečného pole záření přes všechny směry. V rozšířeném a usměrněném poli záření je hodnota dávkového ekvivalentu v každém bodě ICRU koule nezávislá na směrové distribuci záření ve skutečném poli záření. Koeficienty konverze vztahující veličiny radiačního pole k operačním veličinám jsou obvykle počítány s vakuem vně uvažovaného fantomu.

Prostorový dávkový ekvivalent H*(10) v bodě v poli záření je dávkový ekvivalent, který by byl realizován v odpovídajícím rozšířeném a usměrněném poli v ICRU kouli v hloubce 10 mm na rádius vektoru opačného směru, než je orientované pole.

Definici prostorového dávkového ekvivalentu v daném bodě B doprovází ilustrace na obr. 18.

Obr. 18. Znázornění rozšířeného a usměrněného pole, do něhož je vložen ICRU sférický fantom (koule o průměru 30 cm tvořená tkáňově ekvivalentní látkou). Stanoví se dávkový ekvivalent v bodě A, který leží na poloměru proti směru pole v hloubce d pod povrchem koule. Číselná hodnota tohoto dávkového ekvivalentu v mSv odpovídá potom hodnotě prostorového dávkového ekvivalentu v referenčním bodě B

Prostorový dávkový ekvivalent se používá k odhadu efektivní dávky, kterou pracovník obdrží v místě, kde se provádí měření pomocí vhodného monitoru kalibrovaného v jednotkách Sv resp. spíše v mSv, neboť se jedná o nízké ozáření v oblasti stochastických biologických účinků.

Pro slabě pronikavé záření se k ocenění ekvivalentní dávky kůře a oční čočky používá další operační veličina - směrový dávkový ekvivalent, H´(d,). Tato veličina v daném místě radiačního pole je dávkový ekvivalent, který by tam vyvolalo odpovídající rozšířené pole v ICRU kouli v hloubce d na poloměru ve vymezeném směru . V praxi se volí hloubka d (v mm) v závislosti na tom, jestli je potřeba stanovit ekvivalentní dávku v kůži nebo oční čočce. V prvním případě je to H´(0,07,), zatímco v případě oční čočky se jedná o H´(3,).