Рентген или röntgen ( / ˈ r ɛ n t ɡ ə n , - dʒ ə n , ˈ r ʌ n t -/ ; [2] символ R ) является устаревшей единицей измерения экспозиции рентгеновских лучей и гамма -лучей и определяется как электрический заряд, высвобождаемый таким излучением в определенном объеме воздуха, деленный на массу этого воздуха ( статкулон на килограмм). В 1928 году он был принят в качестве первой международной величины измерения ионизирующего излучения , которая была определена для радиационной защиты , поскольку тогда это был наиболее легко воспроизводимый метод измерения ионизации воздуха с использованием ионных камер . [3] Он назван в честь немецкого физика Вильгельма Рентгена , который открыл рентгеновские лучи и был удостоен первой Нобелевской премии по физике за это открытие.
Однако, хотя это был важный шаг вперед в стандартизации измерения радиации, рентген имеет тот недостаток, что он является лишь мерой ионизации воздуха, а не прямой мерой поглощения радиации в других материалах, таких как различные формы человеческих тканей . Например, один рентген откладывает 0,00877 грей (0,877 рад ) поглощенной дозы в сухом воздухе или 0,0096 Гр (0,96 рад) в мягких тканях. [3] Один рентген рентгеновских лучей может отложить от 0,01 до 0,04 Гр (от 1,0 до 4,0 рад) в кости в зависимости от энергии пучка. [4]
По мере развития науки радиационной дозиметрии стало понятно, что ионизирующий эффект и, следовательно, повреждение тканей связаны с поглощенной энергией, а не только с воздействием радиации. Соответственно, были определены новые радиометрические единицы для радиационной защиты , которые учитывали это. В 1953 году Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (МКЕИ) рекомендовала рад, равный 100 эрг/г, в качестве единицы измерения новой величины поглощенной дозы радиации . Рад был выражен в когерентных единицах СГС . [5] В 1975 году единица грей была названа единицей СИ поглощенной дозы. Один грей равен 1 Дж/кг (т. е. 100 рад). Кроме того, была определена новая величина, керма , для ионизации воздуха в качестве экспозиции для калибровки прибора, и из нее поглощенная доза может быть рассчитана с использованием известных коэффициентов для конкретных целевых материалов. Сегодня для радиационной защиты в подавляющем большинстве используются современные единицы: поглощенная доза для поглощения энергии и эквивалентная доза ( зиверт ) для стохастического эффекта, а рентген используется редко. Международный комитет мер и весов (МКМВ) никогда не принимал использование рентгена.
Рентген был переопределен на протяжении многих лет. В последний раз он был определен Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) в 1998 году как2,58 × 10−4 Кл /кг , с рекомендацией давать определение в каждом документе, где используется рентген. [ 6]
Рентген берет свое начало в единице Вилларда, определенной в 1908 году Американским рентгеновским обществом как «количество радиации, которое высвобождает путем ионизации одну ЭСЭ электричества на см3 воздуха при нормальных условиях температуры и давления». [7] [8] Используя 1 ЭСЭ ≈ 3,33564 × 10−10 Кл и плотность воздуха ~1,293 кг/м3 при 0 °C и 101 кПа, это преобразуется в 2,58 × 10−4 Кл /кг, что является современным значением, данным NIST.
1 есу/см 3 × 3,33564 × 10 −10 С/есу × 1,000,000 см 3/м 3 ÷ 1.293 кг/м 3 = 2,58 × 10 −4 С/кг
Это определение использовалось под разными названиями ( e , R и немецкая единица радиации ) в течение следующих 20 лет. В то же время французскому рентгену было дано другое определение, которое составило 0,444 немецкого Р.
В 1928 году Международный конгресс радиологии (ICR) определил рентген как «количество рентгеновского излучения, которое при полном использовании вторичных электронов и отсутствии эффекта стенки камеры производит в 1 см3 атмосферного воздуха при 0 °C и давлении 76 см ртутного столба такую степень проводимости, что 1 esu заряда измеряется при токе насыщения». [7] Заявленный 1 см3 воздуха имел бы массу 1,293 мг при данных условиях, поэтому в 1937 году ICR переписал это определение в терминах этой массы воздуха вместо объема, температуры и давления. [9] Определение 1937 года было также распространено на гамма-лучи, но позже, в 1950 году, было ограничено 3 МэВ.
Тем временем Всесоюзный комитет стандартов СССР (ГОСТ) принял существенно иное определение рентгена в 1934 году. Стандарт ГОСТ 7623 определял его как «физическую дозу рентгеновских лучей, которая производит заряды, каждый из которых равен одной электростатической единице по величине на см3 облучаемого объема в воздухе при 0 °C и нормальном атмосферном давлении, когда ионизация завершена». [10] Различие физической дозы и дозы вызвало путаницу, часть которой могла привести к сообщению Кантрила и Паркера о том, что рентген стал сокращением для 83 эрг на грамм (0,0083 Гр ) ткани. [11] Они назвали эту производную величину физическим эквивалентом рентгена (рЭФ), чтобы отличать ее от рентгена ИЦР.
Введение единицы измерения рентгена, которая основывалась на измерении ионизации воздуха, заменило более ранние менее точные методы, которые основывались на временной экспозиции, экспозиции пленки или флуоресценции. [12] Это привело к установлению пределов воздействия, и Национальный совет по радиационной защите и измерениям США установил первый формальный предел дозы в 1931 году как 0,1 рентгена в день. [13] Международный комитет по защите от рентгеновского излучения и радия , теперь известный как Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), вскоре последовал его примеру, установив предел в 0,2 рентгена в день в 1934 году. [14] В 1950 году МКРЗ снизила свой рекомендуемый предел до 0,3 рентгена в неделю для облучения всего тела.
Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (МКЕИ) приняла определение рентгена в 1950 году, определив его как «количество рентгеновского или γ-излучения, такое, что связанное корпускулярное излучение на 0,001293 грамма воздуха производит в воздухе ионы, переносящие 1 электростатическую единицу количества электричества любого знака». [15] 3 МэВ-ный предел больше не был частью определения, но снижение полезности этой единицы при высоких энергиях пучка было упомянуто в сопроводительном тексте. Тем временем была разработана новая концепция человека, эквивалентного рентгену (бэр).
Начиная с 1957 года МКРЗ начала публиковать свои рекомендации в терминах бэр, и рентген вышел из употребления. Медицинское сообщество по визуализации все еще нуждается в измерениях ионизации, но они постепенно перешли на использование Кл/кг по мере замены устаревшего оборудования. [16] В 1971 году МКРЗ рекомендовала переопределить рентген, сделав его равным точно 2,58 × 10−4 Кл /кг. [17]
В 1971 году Европейское экономическое сообщество в Директиве 71/354/EEC каталогизировало единицы измерения, которые могли быть использованы «для ... целей общественного здравоохранения ...». [18] Директива включала кюри , рад , бэр и рентген в качестве допустимых единиц, но требовала, чтобы использование рад, бэр и рентген было пересмотрено до 31 декабря 1977 года. Этот документ определил рентген как точно 2,58 × 10−4 Кл /кг, в соответствии с рекомендацией МКРЕ. Директива 80/181/EEC , опубликованная в декабре 1979 года, которая заменила директиву 71/354/EEC, явно каталогизировала грей , беккерель и зиверт для этой цели и требовала, чтобы кюри, рад, бэр и рентген были постепенно выведены из употребления к 31 декабря 1985 года. [19]
Сегодня рентген используется редко, и Международный комитет мер и весов (CIPM) никогда не принимал использование рентгена. С 1977 по 1998 год в переводах брошюры SI, сделанных NIST США, говорилось, что CIPM временно принял использование рентгена (и других единиц радиологии) с единицами SI с 1969 года. [20] Однако единственное связанное решение CIPM, показанное в приложении, касается кюри в 1964 году. Брошюры NIST определяли рентген как 2,58 × 10−4 Кл /кг, который следует использовать при воздействии рентгеновского или γ-излучения, но не указывали среду, которая должна быть ионизирована. Текущая брошюра SI CIPM исключает рентген из таблиц не-SI единиц, принятых для использования с SI. [21] В 1998 году NIST США разъяснил, что он предоставляет свои собственные интерпретации системы SI, в соответствии с которыми он принял рентген для использования в США с SI, признав при этом, что CIPM этого не сделал. [22] К тому времени ограничение на рентгеновское и гамма-излучение было снято. NIST рекомендует определять рентген в каждом документе, где используется эта единица. [6] Дальнейшее использование рентгена настоятельно не рекомендуется NIST. [23]
Хотя рентген и является удобной величиной для измерения с помощью воздушной ионной камеры, у него есть недостаток: он не является прямым измерением ни интенсивности рентгеновских лучей, ни их поглощения, а скорее является измерением ионизирующего эффекта рентгеновских лучей в определенных обстоятельствах, а именно в сухом воздухе при температуре 0 °C и давлении в 1 стандартную атмосферу . [24]
Из-за этого рентген имел переменное отношение к количеству поглощенной дозы энергии на единицу массы в целевом материале, поскольку разные материалы имеют разные характеристики поглощения. По мере развития науки радиационной дозиметрии это стало рассматриваться как серьезный недостаток.
В 1940 году Луис Гарольд Грей , изучавший влияние нейтронного повреждения на ткани человека, совместно с Уильямом Валентайном Мейнордом и радиобиологом Джоном Ридом опубликовал статью, в которой была предложена единица измерения, названная « грамм-рентген » (символ: гр), определяемая как «количество нейтронного излучения, которое производит приращение энергии в единице объема ткани, равное приращению энергии, произведенной в единице объема воды одним рентгеном излучения» [25] . Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эргам в воздухе. В 1953 году МКРЕ рекомендовал рад , равный 100 эрг/г, в качестве новой единицы измерения поглощенной радиации. Рад был выражен в когерентных единицах СГС . [26]
В конце 1950-х годов Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) пригласила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы с Международным комитетом по мерам и весам (CIPM) в разработке системы единиц, которая могла бы использоваться последовательно во многих дисциплинах. Этот орган, первоначально известный как «Комиссия по системе единиц», переименованный в 1964 году в «Консультативный комитет по единицам» (CCU), отвечал за надзор за разработкой Международной системы единиц (СИ). [27] В то же время становилось все более очевидным, что определение рентгена было необоснованным, и в 1962 году оно было переопределено. [28] CCU решил определить единицу СИ поглощенного излучения в терминах энергии на единицу массы, что в единицах MKS составляло Дж/кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-й ГКМВ, и единица была названа «грей» в честь Луиса Гарольда Грея, который умер в 1965 году. Грей был равен 100 рад. Определение рентгена имело привлекательность относительной простоты для фотонов в воздухе, но грей не зависит от типа первичного ионизирующего излучения и может использоваться как для кермы, так и для поглощенной дозы в широком диапазоне веществ. [29]
При измерении поглощенной дозы у человека из-за внешнего облучения используется единица СИ грей или связанная с ней внесистемная единица рад . Из них можно разработать эквиваленты дозы для учета биологических эффектов от различных типов излучения и целевых материалов. Это эквивалентная доза и эффективная доза , для которой используется единица СИ зиверт или внесистемная единица бэр .
В следующей таблице приведены величины излучения в единицах СИ и вне системы СИ: