Grau (Einheit) - Gray (unit)

Grau
Einheitssystem SI abgeleitete Einheit
Einheit von Absorbierte Dosis ionisierender Strahlung
Symbol Gy
Benannt nach Louis Harold Gray
Konvertierungen
1 Gy in ... ... entspricht ...
    SI-Basiseinheiten     m 2 s −2
    Von der Masse aufgenommene Energie     J kg −1
    CGS- Einheiten (nicht SI)     100 rad

Das Grau (Symbol: Gy ) ist eine abgeleitete Einheit der Dosis ionisierender Strahlung im Internationalen Einheitensystem (SI). Es wird als die Absorption eines definierten Joule Strahlungsenergie pro Kilogramm der Materie .

Es wird als Einheit der absorbierten Strahlungsdosis verwendet , die die durch ionisierende Strahlung in einer Einheitsmasse der bestrahlten Materie abgelagerte Energie misst , und wird zur Messung der abgegebenen Dosis ionisierender Strahlung in Anwendungen wie Strahlentherapie , Lebensmittelbestrahlung und Strahlung verwendet Sterilisation und Vorhersage wahrscheinlicher akuter Auswirkungen, wie z. B. akutes Strahlensyndrom im Strahlenschutz . Als Maß für die niedrigen Niveaus der absorbierten Dosis, sie bildet auch die Grundlage für die Berechnung der Strahlenschutzeinheit, die Sievert , die ein Maß für die Gesundheit Wirkung niedriger Niveaus von ionisierender Strahlung auf dem menschlichen Körper ist.

Das Grau wird auch in der Strahlungsmessung als Einheit der Strahlungsmenge kerma verwendet ; definiert als die Summe der anfänglichen kinetischen Energien aller geladenen Teilchen, die durch ungeladene ionisierende Strahlung in einer Materieprobe pro Masseneinheit freigesetzt werden . Das Grau ist eine wichtige Einheit bei der Messung ionisierender Strahlung und wurde nach dem britischen Physiker Louis Harold Gray benannt , einem Pionier bei der Messung von Röntgen- und Radiumstrahlung und ihren Auswirkungen auf lebendes Gewebe.

Das Grau wurde 1975 als Teil des Internationalen Einheitensystems übernommen. Die dem Grau entsprechende CGS- Einheit ist das Rad (entspricht 0,01 Gy), das in den USA weitgehend verbreitet ist, obwohl es im Styleguide "stark entmutigt" ist für das US National Institute of Standards and Technology .

Anwendungen

Externe Dosismengen für Strahlenschutz und Dosimetrie

Das Grau hat eine Reihe von Anwendungsbereichen bei der Dosismessung:

Radiobiologie

Die Messung der absorbierten Dosis im Gewebe ist in der Radiobiologie und Strahlentherapie von grundlegender Bedeutung, da sie das Maß für die Energiemenge ist, die die einfallende Strahlung im Zielgewebe ablagert. Die Messung der absorbierten Dosis ist aufgrund von Streuung und Absorption ein komplexes Problem. Für diese Messungen stehen viele spezielle Dosimeter zur Verfügung, die Anwendungen in 1-D, 2-D und 3-D abdecken können.

In der Strahlentherapie variiert die Menge der angewendeten Strahlung je nach Art und Stadium des behandelten Krebses. Für kurative Fälle liegt die typische Dosis für einen soliden Epitheltumor zwischen 60 und 80 Gy, während Lymphome mit 20 bis 40 Gy behandelt werden. Vorbeugende (adjuvante) Dosen liegen typischerweise bei 45–60 Gy in 1,8–2 Gy- Fraktionen (bei Brust-, Kopf- und Halskrebs).

Die durchschnittliche Strahlungsdosis aus einer abdominalen Röntgen 0,7 milligrays (0,0007 Gy), das aus einer abdominalen CT 8 mGy, die aus einem Becken - CT - Scan ist 6 mGy, und das aus einer selektiven CT - Scan des Abdomens und die Becken ist 14 mGy.

Schutz vor Radioaktivität

Beziehung der berechneten ICRU / ICRP-Schutzdosismengen und -einheiten

Die absorbierte Dosis spielt auch eine wichtige Rolle beim Strahlenschutz , da sie der Ausgangspunkt für die Berechnung des stochastischen Gesundheitsrisikos geringer Strahlenbelastung ist, das als Wahrscheinlichkeit einer Krebsinduktion und einer genetischen Schädigung definiert wird. Das Grau misst die gesamte absorbierte Strahlungsenergie, aber die Wahrscheinlichkeit einer stochastischen Schädigung hängt auch von der Art und Energie der Strahlung und den Arten der beteiligten Gewebe ab. Diese Wahrscheinlichkeit hängt mit der äquivalenten Dosis in Sieverts (Sv) zusammen, die die gleichen Abmessungen wie das Grau hat. Es hängt mit dem Grau durch Gewichtungsfaktoren zusammen, die in den Artikeln über die äquivalente Dosis und die wirksame Dosis beschrieben sind .

Das Internationale Komitee für Gewichte und Maße erklärt: "Um Verwechslungsgefahr zwischen der absorbierten Dosis D und dem Dosisäquivalent H zu vermeiden , sollten die speziellen Namen für die jeweiligen Einheiten verwendet werden, dh stattdessen sollte der Name grau verwendet werden von Joule pro Kilogramm für die Einheit der absorbierten Dosis D und den Namen sievert anstelle von Joule pro Kilogramm für die Einheit des Dosisäquivalents H. "

Die beigefügten Diagramme zeigen, wie die absorbierte Dosis (in Grautönen) zuerst durch Berechnungstechniken erhalten wird, und aus diesem Wert werden die äquivalenten Dosen abgeleitet. Für Röntgen- und Gammastrahlen ist das Grau numerisch der gleiche Wert, ausgedrückt in Sieverts, aber für Alpha-Partikel entspricht ein Grau 20 Sieverts, und ein Strahlungsgewichtungsfaktor wird entsprechend angewendet.

Strahlenvergiftung

Strahlenvergiftung : Das Grau wird herkömmlicherweise verwendet, um die Schwere der sogenannten "Gewebeeffekte" aus Dosen auszudrücken, die bei akuter Exposition gegenüber hoher ionisierender Strahlung erhalten werden. Dies sind Effekte , die sind sicher geschehen kann , im Gegensatz zu den unsicheren Auswirkungen der niedrigen Niveaus der Strahlung , die eine hat Wahrscheinlichkeit von Schäden verursachen. Eine akute Ganzkörperexposition mit 5 Grautönen oder mehr energiereicher Strahlung führt normalerweise innerhalb von 14 Tagen zum Tod. LD 1 ist 2,5 Gy, LD 50 ist 5 Gy und LD 99 ist 8 Gy. Die LD 50 -Dosis entspricht 375 Joule für einen 75 kg schweren Erwachsenen.

Absorbierte Dosis in Materie

Das Grau wird verwendet, um die absorbierten Dosisraten in Nicht-Gewebematerialien für Prozesse wie Strahlenhärtung , Lebensmittelbestrahlung und Elektronenbestrahlung zu messen . Das Messen und Steuern des Wertes der absorbierten Dosis ist entscheidend für den korrekten Betrieb dieser Prozesse.

Kerma

Kerma ( „ k inetic e nergie R pro Einheit eleased ma ss“) in Strahlungsmesstechnik als Maß für die freigesetzte Energie der Ionisation aufgrund von Bestrahlung verwendet und wird in Grays ausgedrückt. Wichtig ist, dass sich die Kerma-Dosis in Abhängigkeit von den beteiligten Strahlungsenergien von der absorbierten Dosis unterscheidet, teilweise weil die Ionisierungsenergie nicht berücksichtigt wird. Während Kerma bei niedrigen Energien ungefähr gleich ist, ist es bei höheren Energien viel höher als die absorbierte Dosis, da ein Teil der Energie in Form von Bremsstrahlung (Röntgenstrahlen) oder sich schnell bewegenden Elektronen aus dem absorbierenden Volumen entweicht .

Wenn Kerma auf Luft angewendet wird, entspricht es der alten Röntgeneinheit der Strahlenexposition, aber es gibt einen Unterschied in der Definition dieser beiden Einheiten. Das Grau wird unabhängig von einem Zielmaterial definiert, das Röntgen wurde jedoch spezifisch durch den Ionisationseffekt in trockener Luft definiert, der nicht unbedingt den Effekt auf andere Medien darstellte.

Entwicklung des Absorptionsdosis-Konzepts und des Graus

Verwendung eines frühen Crookes -Röhrenröntgengeräts im Jahr 1896. Ein Mann betrachtet seine Hand mit einem Fluoroskop , um die Röhrenemissionen zu optimieren, der andere hat seinen Kopf nahe an der Röhre. Es werden keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen.
Denkmal für die Röntgen- und Radiummärtyrer aller Völker , das 1936 im Hamburger Krankenhaus St. Georg errichtet wurde und an 359 frühe Radiologen erinnert.

Wilhelm Röntgen entdeckte Röntgenstrahlen erstmals am 8. November 1895 und ihre Verwendung verbreitete sich sehr schnell für die medizinische Diagnostik, insbesondere für Knochenbrüche und eingebettete Fremdkörper, wo sie eine revolutionäre Verbesserung gegenüber früheren Techniken darstellten.

Aufgrund des breiten Einsatzes von Röntgenstrahlen und der zunehmenden Erkenntnis der Gefahren ionisierender Strahlung wurden Messstandards für die Strahlungsintensität erforderlich, und verschiedene Länder entwickelten ihre eigenen, verwendeten jedoch unterschiedliche Definitionen und Methoden. Um die internationale Normung zu fördern, schlug das erste Treffen des Internationalen Kongresses für Radiologie (ICR) in London im Jahr 1925 ein separates Gremium vor, das Maßeinheiten prüfen sollte. Dies wurde als Internationale Kommission für Strahlungseinheiten und -messungen (ICRU) bezeichnet und entstand 1928 am Zweiten ICR in Stockholm unter dem Vorsitz der Manne Siegbahn .

Eine der frühesten Techniken zur Messung der Intensität von Röntgenstrahlen bestand darin, ihre ionisierende Wirkung in Luft mittels einer luftgefüllten Ionenkammer zu messen . Bei der ersten ICRU Sitzung wurde vorgeschlagen , dass eine Einheit der Röntgendosis sollte als die Menge an Röntgenstrahlen definiert werden , die man erzeugen würden esu der Ladung in einem Kubikzentimeter von trockenen Luft bei 0  ° C und 1 Standardatmosphärendruck . Diese Einheit der Strahlenbelastung wurde die genannten Röntgen zu Ehren von Wilhelm Röntgen, der fünf Jahre zuvor gestorben war. Auf der Sitzung des ICRU von 1937 wurde diese Definition auf Gammastrahlung ausgedehnt . Dieser Ansatz war zwar ein großer Fortschritt bei der Standardisierung, hatte jedoch den Nachteil, dass er kein direktes Maß für die Absorption von Strahlung und damit für den Ionisationseffekt bei verschiedenen Arten von Materie, einschließlich menschlichem Gewebe, war, und war nur eine Messung der Wirkung von die Röntgenstrahlen unter bestimmten Umständen; der Ionisationseffekt in trockener Luft.

1940 veröffentlichte Louis Harold Gray, der zusammen mit William Valentine Mayneord und dem Radiobiologen John Read die Auswirkungen von Neutronenschäden auf menschliches Gewebe untersucht hatte, ein Papier, in dem eine neue Maßeinheit das "Gramm Röntgen" (Symbol) nannte : gr) wurde vorgeschlagen und definiert als "die Menge an Neutronenstrahlung, die eine Zunahme der Energie in Einheitsvolumen des Gewebes erzeugt, die der Zunahme der Energie entspricht, die in Einheitsvolumen Wasser durch einen Röntgenstrahl erzeugt wird". Es wurde festgestellt, dass diese Einheit 88 Erg in Luft entspricht, und die absorbierte Dosis, wie sie später bekannt wurde, von der Wechselwirkung der Strahlung mit dem bestrahlten Material abhängig machte, nicht nur von einem Ausdruck der Strahlenexposition oder -intensität, die das Röntgen erzeugte repräsentiert. 1953 empfahl die Intensivstation das Rad von 100 erg / g als neue Maßeinheit für die absorbierte Strahlung. Das Rad wurde in kohärenten cgs- Einheiten ausgedrückt .

In den späten 1950er Jahren lud die CGPM das ICRU ein, sich anderen wissenschaftlichen Gremien anzuschließen, um an der Entwicklung des Internationalen Einheitensystems (SI) zu arbeiten. Die CCU beschloss, die SI-Einheit der absorbierten Strahlung als pro Masseneinheit abgelagerte Energie zu definieren, so wie das Rad definiert worden war, aber in MKS-Einheiten wäre es J / kg. Dies wurde 1975 von der 15. CGPM bestätigt, und die Einheit wurde zu Ehren von Louis Harold Gray, der 1965 gestorben war, als "grau" bezeichnet. Das Grau entsprach 100 rad, der CGS-Einheit.

Die Übernahme des Graus durch die 15. Generalkonferenz über Gewichte und Maße als Maßeinheit für die Absorption ionisierender Strahlung , die spezifische Energieabsorption und von Kerma im Jahr 1975 war der Höhepunkt von mehr als einem halben Jahrhundert Arbeit, beide im Verständnis der Art der ionisierenden Strahlung und bei der Erzeugung kohärenter Strahlungsmengen und -einheiten.

Strahlungsbezogene Größen

Grafik, die die Beziehungen zwischen Radioaktivität und detektierter ionisierender Strahlung an einem Punkt zeigt.

Die folgende Tabelle zeigt die Strahlungsmengen in SI- und Nicht-SI-Einheiten.

Ionisierende strahlungsbezogene Größen anzeigen    sprechen    bearbeiten
Menge Einheit Symbol Ableitung Jahr SI- Äquivalenz
Aktivität ( A ) Becquerel Bq s −1 1974 SI-Einheit
Curie Ci 3,7 × 10 10 s –1 1953 3,7 × 10 10  Bq
Rutherford Rd 10 6 s −1 1946 1.000.000 Bq
Belichtung ( X ) Coulomb pro Kilogramm C / kg C⋅kg −1 Luft 1974 SI-Einheit
röntgen R. esu / 0,001293 g Luft 1928 2,58 × 10 –4 C / kg
Absorbierte Dosis ( D ) grau Gy J ⋅kg −1 1974 SI-Einheit
Erg pro Gramm erg / g erg⋅g −1 1950 1,0 × 10 –4 Gy
rad rad 100 erg⋅g −1 1953 0,010 Gy
Äquivalente Dosis ( H ) sievert Sv J⋅kg −1 × W R. 1977 SI-Einheit
röntgen gleichwertiger Mann rem 100 erg⋅g −1 x W R. 1971 0,010 Sv
Effektive Dosis ( E ) sievert Sv J⋅kg −1 × W R x W T. 1977 SI-Einheit
röntgen gleichwertiger Mann rem 100 erg⋅g −1 x W R x W T. 1971 0,010 Sv

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise


Externe Links

  • Boyd, MA (1. bis 5. März 2009). Die verwirrende Welt der Strahlendosimetrie - 9444 (PDF) . WM2009 Konferenz (Waste Management Symposium). Phoenix, AZ. Archiviert vom Original (PDF) am 21.12.2016 . Abgerufen am 07.07.2014 . Ein Bericht über chronologische Unterschiede zwischen USA- und ICRP-Dosimetriesystemen.