Was ist der Strahlungsgewichtungsfaktor – Definition?

Im Strahlenschutz ist der Strahlungsgewichtungsfaktor ein dimensionsloser Faktor, der zur Bestimmung der Äquivalentdosis aus der über ein Gewebe oder Organ gemittelten Energiedosis verwendet wird und auf der Art der absorbierten Strahlung basiert. Strahlendosimetrie

Strahlungsgewichtungsfaktoren - aktuell - ICRPDie Äquivalentdosis (Symbol T ) ist eine für einzelne Organe berechnete Dosismenge (Index T – Gewebe). Die äquivalente Dosis basiert auf der absorbierten Dosis eines Organs, angepasst an die Wirksamkeit der Strahlungsart . Äquivalentdosis ist das Symbol H gegeben T . Die SI – Einheit von T ist die Sievert (Sv) oder aber rem (roentgen equivalent man) ist immer noch häufig verwendet ( 1 Sv = 100 rem ). Die Einheit von Sievert wurde nach dem schwedischen Wissenschaftler Rolf Sievert benannt, der einen Großteil der frühen Arbeiten zur Dosimetrie in der Strahlentherapie durchgeführt hat.

Aus Strahlenschutzgründen wird, wie geschrieben, die Energiedosis über ein Organ oder Gewebe T gemittelt und dieser Energiedosismittelwert für die Strahlungsqualität mit dem Strahlungsgewichtungsfaktor w R für die Art und Energie von gewichtet auf den Körper einfallende Strahlung. Der Strahlungsgewichtungsfaktor ist ein dimensionsloser Faktor zur Bestimmung der Äquivalentdosis aus der über ein Gewebe oder Organ gemittelten Energiedosis und basiert auf der Art der absorbierten Strahlung. Die resultierende gewichtete Dosis wurde als Organ- oder Gewebeäquivalentdosis bezeichnet:

Äquivalentdosisgleichung - Definition

Äquivalentdosis - Definition

Von der absorbierten Dosis zur äquivalenten Dosis

Beachten Sie, dass das Sievert keine physikalische Dosiseinheit ist . Beispielsweise führt eine absorbierte Dosis von 1 Gy durch Alpha-Partikel zu einer äquivalenten Dosis von 20 Sv. Dies mag paradox erscheinen. Dies impliziert, dass die Energie des einfallenden Strahlungsfeldes in Joule um den Faktor 20 angestiegen ist, wodurch die Gesetze der Energieerhaltung verletzt wurden . Dies ist jedoch nicht der Fall. Sievert wird aus der aufgenommenen Dosis der physikalischen Größe abgeleitet, berücksichtigt aber auch die biologische Wirksamkeit der Strahlung, die von der Strahlungsart und der Energie abhängt. Der Strahlungsgewichtungsfaktor bewirkt, dass das Sievert keine physikalische Einheit sein kann.

Wie bereits geschrieben, interagiert jede Art von Strahlung auf unterschiedliche Weise mit der Materie und verursacht unterschiedliche biologische Schäden. Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einen Teil oder alle ihre Energien auf die Materie übertragen. Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn biologische Wirkungen auftretender Strahlung waren direkt proportional zur absorbierten Dosis. Leider hängen die biologischen Wirkungen auch davon ab, wie sich die absorbierte Dosis entlang des Strahlengangs verteilt. Studien haben gezeigt, dass Alpha- und Neutronenstrahlung bei einer bestimmten Energiedeposition pro kg Gewebe einen größeren biologischen Schaden verursachen als Gammastrahlung. Es wurde festgestellt, dass die biologischen Auswirkungen von Strahlung mit dem linearen Energietransfer (LET) zunehmen . Kurz gesagt, der biologische Schaden durch Strahlung mit hohem LET ( Alphateilchen , Protonen oder Neutronen ) ist viel größer als der durch Strahlung mit niedrigem LET ( Gammastrahlen)). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über eine große Fläche ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf eine kleine Fläche konzentriert. Da bei gleicher physikalischer Dosis (dh gleicher Energieeintrag pro Masseeinheit des Gewebes) mehr biologische Schäden verursacht werden, ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energie) bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirkungen haben, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als relative biologische Wirksamkeit (RBE) und Strahlungsgewichtungsfaktor (w R ) bezeichnet werden.

Strahlungsgewichtungsfaktor

Im Strahlenschutz ist der Strahlungsgewichtungsfaktor ein dimensionsloser Faktor, der zur Bestimmung der Äquivalentdosis aus der über ein Gewebe oder Organ gemittelten Energiedosis verwendet wird und auf der Art der absorbierten Strahlung basiert. In der Vergangenheit wurde zu diesem Zweck ein ähnlicher Faktor verwendet, der als Qualitätsfaktor bekannt ist. Der Strahlungsgewichtungsfaktor ist eine Schätzung der Wirksamkeit pro Dosiseinheit der gegebenen Strahlung im Verhältnis zu einem Niedrig-LET-Standard.

Vor 1990 wurden dosisäquivalente Mengen in Form eines Qualitätsfaktors Q (L) definiert, der zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die absorbierte Dosis angewendet wurde, um den Unterschieden in den Auswirkungen der verschiedenen Strahlungsarten Rechnung zu tragen. In seinen Empfehlungen von 1990 führte das ICRP ein modifiziertes Konzept ein. Aus Strahlenschutzgründen wird die Energiedosis über ein Organ oder Gewebe T gemittelt und dieses Energiedosismittel für die Strahlungsqualität mit dem Strahlungsgewichtungsfaktor w R für die Art und Energie der auf das Organ einfallenden Strahlung gewichtet Körper.

Der Grund für das Ersetzen des Qualitätsfaktors, dh der Q-L-Beziehung, durch w R -Werte bei der Definition der organäquivalenten Dosen und der effektiven Dosis war nach Ansicht der Kommission:

„Dass die Details und die Präzision, die mit der Verwendung einer formalen Q-L-Beziehung zur Änderung der Energiedosis verbunden sind, um die höhere Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung durch die Exposition gegenüber Strahlenkomponenten mit hohem LET widerzuspiegeln, aufgrund der Ungewissheiten in den radiologischen Informationen nicht gerechtfertigt sind.“

Bemerkenswerterweise beschränken sich diese beiden Faktoren, der Strahlungsgewichtungsfaktor und der Qualitätsfaktor, auf den für den Strahlenschutz interessanten Dosisbereich, dh auf die allgemeine Größe der Dosisgrenzen. In besonderen Fällen, in denen es sich um höhere Dosen handelt, die deterministische Effekte hervorrufen können, werden die relevanten RBE-Werte angewendet, um eine gewichtete Dosis zu erhalten.

Spezielle Referenz : ICRP, 2003. Relative biologische Wirksamkeit (RBE), Qualitätsfaktor ( Q ) und Strahlungsgewichtungsfaktor ( R ). ICRP Publication 92. Ann. ICRP 33 (4).

Strahlungsgewichtungsfaktoren – ICRP

Für Photonen- und Elektronenstrahlung hat der Strahlungsgewichtungsfaktor unabhängig von der Energie der Strahlung den Wert 1 und für Alphastrahlung den Wert 20. Für Neutronenstrahlung ist der Wert energieabhängig und beträgt 5 bis 20.

Strahlungsgewichtungsfaktoren
Quelle: ICRP, 2003. Relative biologische Wirksamkeit (RBE), Qualitätsfaktor (Q) und Strahlungsgewichtungsfaktor (wR). ICRP-Veröffentlichung 92. Ann. ICRP 33 (4).

2007 veröffentlichte ICRP eine neue Reihe von Strahlungsgewichtungsfaktoren (ICRP Publ. 103: Die Empfehlungen 2007 der Internationalen Strahlenschutzkommission). Diese Faktoren sind unten angegeben.

Strahlungsgewichtungsfaktoren - Strom - ICRP
Quelle: ICRP, 2007. Publ. No. 103: Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission von 2007.

Wie in der Tabelle gezeigt, gilt aw R von 1 für alle Strahlungen mit niedrigem LET, dh Röntgen- und Gammastrahlen aller Energien sowie Elektronen und Myonen. Eine glatte Kurve, die als Annäherung betrachtet wird, wurde an die w R -Werte als Funktion der einfallenden Neutronenenergie angepasst . Beachten Sie, dass E n ist die Neutronenenergie in MeV.

Strahlungsgewichtungsfaktor - Neutronen - ICRP
Der in Veröffentlichung 60 (ICRP, 1991) eingeführte Strahlungsgewichtungsfaktor wR für Neutronen als diskontinuierliche Funktion der Neutronenenergie (- – -) und der vorgeschlagenen Modifikation (-).

So führt beispielsweise eine von Alpha-Partikeln absorbierte Dosis von 1 Gy zu einer äquivalenten Dosis von 20 Sv, und es wird geschätzt, dass eine äquivalente Strahlungsdosis den gleichen biologischen Effekt hat wie eine gleiche absorbierte Dosis von Gammastrahlen bei einem Gewichtungsfaktor von 1.

Qualitätsfaktor

Qualitätsfaktor - StrahlungDer Qualitätsfaktor eines Strahlungstyps ist definiert als das Verhältnis des biologischen Schadens, der durch die Absorption von 1 Gy dieser Strahlung verursacht wird, zu dem biologischen Schaden, der durch 1 Gy Röntgen- oder Gammastrahlen verursacht wird.

Das Q einer bestimmten Art von Strahlung hängt mit der Dichte der Ionenspuren zusammen, die sie im Gewebe hinterlässt. Die Qualitätsfaktoren für die verschiedenen Strahlungsarten sind in der Tabelle aufgeführt.

Diese Qualitätsfaktoren beschränken sich auf den für den Strahlenschutz interessanten Dosisbereich, dh auf die allgemeine Größe der Dosisgrenzen. Unter besonderen Umständen, wenn es sich um höhere Dosen handelt, die deterministische Effekte verursachen können, werden die relevanten RBE-Werte angewendet, um eine gewichtete Dosis zu erhalten.

 

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