stringtranslate.com

Грей (единица)

Грей (символ: Гр ) — единица измерения дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ), определяемая как поглощение одного джоуля энергии излучения на килограмм вещества . [ 1 ]

Он используется как единица поглощенной дозы количества радиации , которая измеряет энергию, выделяемую ионизирующим излучением в единице массы поглощающего материала, и используется для измерения доставленной дозы в радиотерапии , облучении продуктов питания и радиационной стерилизации . Он важен для прогнозирования вероятных острых последствий для здоровья, таких как острый лучевой синдром , и используется для расчета эквивалентной дозы с использованием зиверта , который является мерой стохастического эффекта для здоровья на организм человека.

Грей также используется в радиационной метрологии как единица величины излучения керма ; определяется как сумма начальных кинетических энергий всех заряженных частиц, освобожденных незаряженным ионизирующим излучением [a] в образце вещества на единицу массы. Единица была названа в честь британского физика Луи Гарольда Грея , пионера в измерении рентгеновского и радиевого излучения и их воздействия на живую ткань. [2]

Грей был принят как часть Международной системы единиц в 1975 году. Соответствующей единицей СГС для грея является рад (эквивалент 0,01 Гр), который по-прежнему широко распространен в Соединенных Штатах, хотя и «настоятельно не рекомендуется» в руководстве по стилю Национального института стандартов и технологий США . [3]

Приложения

Величины доз внешнего облучения, используемые в радиационной защите и дозиметрии

Грей имеет ряд областей применения при измерении дозы:

Радиобиология

Измерение поглощенной дозы в ткани имеет фундаментальное значение в радиобиологии и лучевой терапии , поскольку это мера количества энергии, которую падающее излучение откладывает в целевой ткани. Измерение поглощенной дозы является сложной проблемой из-за рассеяния и поглощения, и для этих измерений доступно множество специальных дозиметров, которые могут охватывать приложения в 1-D, 2-D и 3-D. [4] [5] [6]

При лучевой терапии количество применяемого излучения варьируется в зависимости от типа и стадии рака, подлежащего лечению. Для излечивающих случаев типичная доза для солидной эпителиальной опухоли составляет от 60 до 80 Гр, тогда как для лечения лимфом используется доза от 20 до 40 Гр. Профилактические (адъювантные) дозы обычно составляют около 45–60 Гр фракциями по 1,8–2 Гр (для рака груди, головы и шеи).

Средняя доза облучения при рентгенографии брюшной полости составляет 0,7 миллизиверта (0,0007 Зв), при КТ брюшной полости — 8 мЗв, при КТ таза — 6 мГр, а при селективной КТ брюшной полости и таза — 14 мГр. [7]

Радиационная защита

Соотношение величин и единиц защитной дозы, рассчитанных МКРУ/МКРЗ

Поглощенная доза также играет важную роль в радиационной защите , поскольку она является отправной точкой для расчета стохастического риска для здоровья от низких уровней радиации, который определяется как вероятность индукции рака и генетического повреждения. [8] Грей измеряет общую поглощенную энергию радиации, но вероятность стохастического повреждения также зависит от типа и энергии радиации и типов вовлеченных тканей. Эта вероятность связана с эквивалентной дозой в зивертах (Зв), которая имеет те же размеры, что и грей. Она связана с греем весовыми коэффициентами, описанными в статьях об эквивалентной дозе и эффективной дозе .

Международный комитет мер и весов утверждает: «Во избежание любого риска путаницы между поглощенной дозой D и эквивалентной дозой H следует использовать специальные названия для соответствующих единиц, то есть название грей следует использовать вместо джоулей на килограмм для единицы поглощенной дозы D и название зиверт вместо джоулей на килограмм для единицы эквивалентной дозы H ». [9]

Прилагаемые диаграммы показывают, как поглощенная доза (в греях) сначала получается с помощью вычислительных методов, а из этого значения выводятся эквивалентные дозы. Для рентгеновских и гамма-лучей грей численно имеет одно и то же значение, выраженное в зивертах, но для альфа-частиц один грей эквивалентен 20 зивертам, и применяется соответствующий весовой коэффициент излучения.

Радиационное отравление

Грей традиционно используется для выражения тяжести того, что известно как «тканевые эффекты» от доз, полученных при остром воздействии высоких уровней ионизирующего излучения. Это эффекты, которые наверняка произойдут, в отличие от неопределенных эффектов низких уровней радиации, которые имеют вероятность причинения вреда. Острое воздействие на все тело 5 грей или более высокоэнергетического излучения обычно приводит к смерти в течение 14 дней. LD 1 составляет 2,5 Гр, LD 50 составляет 5 Гр, а LD 99 составляет 8 Гр. [10] Доза LD 50 составляет 375 джоулей для взрослого человека весом 75 кг.

Поглощенная доза в веществе

Серый используется для измерения мощности поглощенной дозы в нетканевых материалах для таких процессов, как радиационное упрочнение , облучение пищевых продуктов и электронное облучение . Измерение и контроль величины поглощенной дозы жизненно важны для обеспечения правильной работы этих процессов.

Керма

Керма (« кинетическая энергия , высвобождаемая на единицу массы ») используется в радиационной метрологии как мера высвобождаемой энергии ионизации в результате облучения и выражается в греях. Важно отметить, что доза кермы отличается от поглощенной дозы в зависимости от задействованных энергий излучения, отчасти потому, что энергия ионизации не учитывается. Хотя при низких энергиях они примерно равны, при более высоких энергиях керма намного выше поглощенной дозы, поскольку часть энергии выходит из поглощающего объема в виде тормозного излучения (рентгеновских лучей) или быстро движущихся электронов.

Керма, применяемая к воздуху, эквивалентна устаревшей единице рентгеновского излучения, но есть разница в определении этих двух единиц. Грей определяется независимо от любого целевого материала, однако рентген был определен конкретно по эффекту ионизации в сухом воздухе, который не обязательно представлял эффект на другие среды.

Развитие концепции поглощенной дозы и серого

Использование раннего рентгеновского аппарата с трубкой Крукса в 1896 году. Один человек рассматривает свою руку с помощью флюороскопа , чтобы оптимизировать излучение трубки, другой держит голову близко к трубке. Никаких мер предосторожности не принимается.
Памятник мученикам рентгеновских лучей и радия всех народов, воздвигнутый в 1936 году в больнице Св. Георга в Гамбурге в память о 359 первых работниках рентгенологии.

Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи 8 ноября 1895 года, и их применение в медицинской диагностике быстро распространилось, особенно при переломах костей и обнаружении инородных тел, где они стали революционным усовершенствованием по сравнению с предыдущими методами.

Из-за широкого использования рентгеновских лучей и растущего осознания опасности ионизирующего излучения, стандарты измерений стали необходимы для интенсивности излучения, и разные страны разработали свои собственные, но используя разные определения и методы. В конце концов, в целях содействия международной стандартизации, первый Международный конгресс радиологии (ICR), собравшийся в Лондоне в 1925 году, предложил создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Он был назван Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям , или ICRU, [b] и появился на Втором ICR в Стокгольме в 1928 году под председательством Манне Зигбана . [11] [12] [c]

Одним из самых ранних методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего эффекта в воздухе с помощью заполненной воздухом ионной камеры . На первом заседании ICRU было предложено, что одна единица дозы рентгеновского излучения должна быть определена как количество рентгеновских лучей, которое произведет один esu заряда в одном кубическом сантиметре сухого воздуха при 0  °C и 1 стандартной атмосфере давления. Эта единица радиационного воздействия была названа рентгеном в честь Вильгельма Рентгена, который умер пятью годами ранее. На заседании ICRU 1937 года это определение было расширено для применения к гамма-излучению . [13] Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел недостаток, заключающийся в том, что он не был прямой мерой поглощения излучения и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая ткани человека, и был измерением только эффекта рентгеновских лучей в определенных обстоятельствах; эффекта ионизации в сухом воздухе. [14]

В 1940 году Луи Гарольд Грей, изучавший влияние нейтронного повреждения на ткани человека, совместно с Уильямом Валентином Мейнордом и радиобиологом Джоном Ридом опубликовал статью, в которой была предложена новая единица измерения, названная грамм-рентген (символ: гр), и определенная как «такое количество нейтронного излучения, которое производит приращение энергии в единице объема ткани, равное приращению энергии, произведенному в единице объема воды одним рентгеном излучения». [15] Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эргам в воздухе, и сделала поглощенную дозу, как впоследствии стало известно, зависящей от взаимодействия излучения с облученным материалом, а не просто выражением воздействия или интенсивности излучения, которое представлял рентген. В 1953 году МКРЕ рекомендовал рад , равный 100 эрг/г, в качестве новой единицы измерения поглощенного излучения. Рад был выражен в когерентных единицах СГС . [13]

В конце 1950-х годов CGPM пригласила ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международной системы единиц (СИ). [16] CCU решила определить единицу СИ поглощенной радиации как энергию, отдаваемую повторно поглощенными заряженными частицами на единицу массы поглощающего материала, как было определено рад, но в единицах MKS это будет эквивалентно джоулю на килограмм. Это было подтверждено в 1975 году 15-м CGPM, и единица была названа «грей» в честь Луиса Гарольда Грея, который умер в 1965 году. Грей, таким образом, был равен 100 рад. Примечательно, что сантигрей (численный эквивалент рад) до сих пор широко используется для описания абсолютных поглощенных доз в радиотерапии.

Принятие грея XV Генеральной конференцией по мерам и весам в качестве единицы измерения поглощения ионизирующего излучения , удельного поглощения энергии и кермы в 1975 году [17] стало кульминацией более чем полувековой работы как по пониманию природы ионизирующего излучения, так и по созданию когерентных величин и единиц излучения.

Величины, связанные с радиацией

График, показывающий взаимосвязь между радиоактивностью и обнаруженным ионизирующим излучением в точке.

В следующей таблице приведены величины излучения в единицах СИ и вне системы СИ.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ То есть, косвенно ионизирующее излучение, такое как фотоны и нейтроны.
  2. ^ Первоначально известный как Международный комитет рентгеновских подразделений.
  3. ^ Принимающая страна назначила председателя первых заседаний ICRU.

Ссылки

  1. ^ "Международная система единиц (СИ)" (PDF) . Международное бюро мер и весов ( BIPM ) . Получено 2010-01-31 .
  2. ^ «Лучи вместо скальпелей». LH Gray Memorial Trust. 2002. Получено 15 мая 2012 г.
  3. ^ "Руководство NIST по единицам СИ – Единицы, временно принятые для использования с СИ". NIST . Национальный институт стандартов и технологий. 2 июля 2009 г.
  4. ^ Seco J, Clasie B, Partridge M (2014). «Обзор характеристик детекторов излучения для дозиметрии и визуализации». Phys Med Biol . 59 (20): R303–47. Bibcode : 2014PMB....59R.303S. doi : 10.1088/0031-9155/59/20/R303. PMID  25229250. S2CID  4393848.
  5. ^ Хилл Р., Хили Б., Холлоуэй Л., Кунчич З., Туэйтс Д., Балдок К. (2014). «Достижения в дозиметрии рентгеновского пучка в киловольтах». Phys Med Biol . 59 (6): R183–231. Bibcode : 2014PMB....59R.183H. doi : 10.1088/0031-9155/59/6/R183. PMID  24584183. S2CID  18082594.
  6. ^ Бэлдок С., Де Дин Ю., Доран С., Ибботт Г., Джирасек А., Лепаж М., Маколи КБ, Олдхэм М., Шрайнер Л.Дж. (2010). «Дозиметрия на полимерном геле». Физ Мед Биол . 55 (5): Р1–63. Бибкод : 2010PMB....55R...1B. дои : 10.1088/0031-9155/55/5/R01. ПМК 3031873 . ПМИД  20150687. 
  7. ^ «Риск рентгеновского излучения». www.xrayrisk.com .
  8. ^ «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 года». Ann ICRP . 37 (2–4). параграф 64. 2007. doi : 10.1016/j.icrp.2007.10.003 . PMID  18082557. S2CID  73326646. Публикация МКРЗ 103.
  9. ^ "CIPM, 2002: Рекомендация 2". BIPM.
  10. ^ "Смертельная доза". Европейское ядерное общество . 5 июня 2019 г.
  11. ^ Siegbahn, Manne; et al. (октябрь 1929). «Рекомендации Международного комитета рентгеновских аппаратов». Radiology . 13 (4): 372–3. doi :10.1148/13.4.372. S2CID  74656044.
  12. ^ "О МКРУ - История". Международная комиссия по радиационным единицам и мерам . Получено 2012-05-20 .
  13. ^ ab Guill, JH; Moteff, John (июнь 1960 г.). «Дозиметрия в Европе и СССР». Third Pacific Area Meeting Papers — Materials in Nuclear Applications . Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии — Third Pacific Area Meeting Американского общества по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. Том 276. ASTM International. стр. 64. LCCN  60014734. Получено 15.05.2012 .
  14. ^ Lovell, S (1979). "4: Дозиметрические величины и единицы". Введение в радиационную дозиметрию . Cambridge University Press. стр. 52–64. ISBN 0-521-22436-5. Получено 15.05.2012 .
  15. ^ Гупта, С. В. (2009-11-19). "Луи Гарольд Грей". Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: Международная система единиц . Springer. стр. 144. ISBN 978-3-642-00737-8. Получено 14.05.2012 .
  16. ^ "CCU: Консультативный комитет по единицам". Международное бюро мер и весов (BIPM) . Получено 18.05.2012 .
  17. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 157, ISBN 92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 2021-06-04 , извлечено 2021-12-16


Внешние ссылки