Was ist effektive Dosis – Definition

Im Strahlenschutz ist die effektive Dosis eine Dosismenge, die als Summe der gewebeäquivalenten Dosen definiert ist, die mit den ICRP-Gewichtungsfaktoren für Organe (Gewebe), wT, gewichtet sind und die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Organe und Gewebe gegenüber Strahlung berücksichtigen. Strahlendosimetrie

Absorbierte - äquivalente - wirksame DosisIm Strahlenschutz ist die effektive Dosis eine Dosismenge, die als Summe der gewebeäquivalenten Dosen definiert ist, die mit den ICRP- Gewichtungsfaktoren für Organe (Gewebe) , T , gewichtet sind und die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Organe und Gewebe gegenüber Strahlung berücksichtigen . Effektive Dosis wird das Symbol angegeben E . Die SI-Einheit von E ist das Sievert (Sv) oder aber rem (Röntgenäquivalent Mann) wird 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.

Wie im vorigen Kapitel beschrieben, wird die Äquivalentdosis H T zur Beurteilung des  stochastischen Gesundheitsrisikos  aufgrund äußerer Strahlungsfelder verwendet, die  den gesamten Körper gleichmäßig durchdringen  . Es sind jedoch weitere Korrekturen erforderlich  ,  wenn das Feld nur auf einen oder mehrere Körperteile angewendet wird oder  nicht einheitlich  , um das gesamte stochastische Gesundheitsrisiko für den Körper zu messen. Um dies zu ermöglichen, wird eine weitere Dosismenge als  effektive Dosis bezeichnet muss benutzt werden. Die wirksame Dosis ermöglicht die Bestimmung der biologischen Folgen einer Teilbestrahlung (ungleichmäßig). Es liegt an der Tatsache, dass verschiedene Körpergewebe unterschiedlich auf ionisierende Strahlung reagieren. Daher hat das ICRP bestimmten Geweben und Organen Sensitivitätsfaktoren zugewiesen, damit der Effekt der Teilbestrahlung berechnet werden kann, wenn die bestrahlten Bereiche bekannt sind.

In Veröffentlichung 60 definierte der ICRP die effektive Dosis als die doppelt gewichtete Summe der absorbierten Dosis in allen Organen und Geweben des Körpers. Dosisgrenzwerte werden in Bezug auf die wirksame Dosis festgelegt und gelten für den Einzelnen für Strahlenschutzzwecke, einschließlich der allgemeinen Risikobewertung. Mathematisch kann die effektive Dosis ausgedrückt werden als:

wirksame Dosis - Definition

wirksame DosisSowohl die Äquivalentdosis als auch die effektive Dosis sind Größen für den Strahlenschutz, einschließlich der allgemeinen Risikobewertung. Sie bieten eine Grundlage für die Abschätzung der Wahrscheinlichkeit stochastischer Effekte nur für resorbierte Dosen, die weit unter den Schwellenwerten für deterministische Effekte liegen.

Einheiten der wirksamen Dosis :

  • Sievert . Das Sievert ist eine abgeleitete Einheit der Äquivalentdosis und der effektiven Dosis und repräsentiert die äquivalente biologische Wirkung der Ablagerung eines Joules Gammastrahlenenergie in einem Kilogramm menschlichem Gewebe.
  • REM . Der rem (eine Abkürzung für R oentgen E quivalent M an) ist die Nicht-SI-Einheit aus Äquivalentdosis und effektiver Dosis, die vorwiegend in den USA verwendet wird. Es ist eine Bezeichnung für Dosisäquivalenz und entspricht dem biologischen Schaden, der durch eine Dosis verursacht würde.

Ein Sieb ist eine große Menge an wirksamer Dosis. Eine Person, die eine Ganzkörperdosis von 1 Sv absorbiert hat, hat 1 Joule Energie in jedem kg Körpergewebe absorbiert (im Falle von Gammastrahlen).

Wirksame Dosen in Industrie und Medizin haben häufig niedrigere Dosen als ein Sievert, und die folgenden Vielfachen werden häufig verwendet:

1 mSv (Millisievert) = 1E-3 Sv

1 uSv (Mikrosievert) = 1E-6 Sv

Die Umrechnungen von den SI-Einheiten in andere Einheiten lauten wie folgt:

  • 1 Sv = 100 rem
  • 1 mSv = 100 mrem

Gewebegewichtungsfaktoren

Der Gewebegewichtungsfaktor w T ist der Faktor, mit dem die äquivalente Dosis in einem Gewebe oder Organ T gewichtet wird, um den relativen Beitrag dieses Gewebes oder Organs zum gesamten Gesundheitsschaden darzustellen, der aus einer gleichmäßigen Bestrahlung des Körpers resultiert (ICRP 1991b). . Es ist ein Maß für das Risiko stochastischer Effekte, die sich aus der Exposition dieses spezifischen Gewebes ergeben können. Die Gewebegewichtungsfaktoren berücksichtigen die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Organe und Gewebe gegenüber Strahlung.

effektive Dosis - Gewebegewichtungsfaktor

Die Gewebegewichtungsfaktoren sind in verschiedenen Veröffentlichungen des ICRP (International Commission on Radiological Protection) aufgeführt. Nach der tatsächlichen Bestimmung des ICRP sind die Risikofaktoren in der folgenden Tabelle aufgeführt (aus der ICRP-Veröffentlichung 103 (ICRP 2007)).

Gewebegewichtungsfaktor - ICRP

Sonderreferenz: ICRP, 2007. Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission von 2007. ICRP-Veröffentlichung 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

Jeweils mit einem Gewichtungsfaktor w – Zu diesem Zweck hat der Körper in 15 verschiedene Organe aufgeteilt T . Wenn nur ein Teil des Körpers bestrahlt wird, werden nur diese Regionen zur Berechnung der effektiven Dosis verwendet. Die Gewebegewichtungsfaktoren summieren sich zu 1,0 , so dass die effektive Dosis für den gesamten Körper gleich der äquivalenten Dosis für den gesamten Körper ist, wenn ein ganzer Körper mit gleichmäßig durchdringender externer Strahlung bestrahlt wird.

Summen - Gewebegewichtungsfaktoren

Wenn eine Person nur teilweise bestrahlt wird, hängt die Dosis stark vom Gewebe ab, das bestrahlt wurde. Beispielsweise entspricht eine 10-mSv-Gammadosis für den gesamten Körper und eine 50-mSv-Dosis für die Schilddrüse hinsichtlich des Risikos einer Ganzkörperdosis von 10 + 0,04 × 50 = 12 mSv.

Beispiele für Dosen in Sieverts

Wir müssen beachten, dass Strahlung überall um uns herum ist. In, um und über der Welt, in der wir leben. Es ist eine natürliche Energiekraft, die uns umgibt. Es ist ein Teil unserer natürlichen Welt, der seit der Geburt unseres Planeten hier ist. In den folgenden Punkten versuchen wir, enorme Bereiche der Strahlenexposition auszudrücken, die aus verschiedenen Quellen erhalten werden können.

  • 0,05 µSv – Schlafen neben jemandem
  • 0,09 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 30 Meilen um ein Kernkraftwerk leben
  • 0,1 µSv – Eine Banane essen
  • 0,3 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 50 Meilen um ein Kohlekraftwerk leben
  • 10 µSv – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
  • 20 µSv – Röntgenaufnahme der Brust
  • 40 µSv – Ein 5-stündiger Flugzeugflug
  • 600 µSv – Mammographie
  • 1 000 µSv – Dosisgrenze für einzelne Mitglieder der Öffentlichkeit, effektive Gesamtdosis pro Jahr
  • 3 650 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund
  • 5 800 µSv – Brust-CT-Scan
  • 10 000 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund in Ramsar, Iran
  • 20 000 µSv – Einzel-Ganzkörper-CT
  • 175 000 µSv – Jährliche Dosis natürlicher Strahlung an einem Monazitstrand in der Nähe von Guarapari, Brasilien.
  • 5 000 000 µSv – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD50 / 30), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird .

Wie zu sehen ist, sind niedrige Dosen im Alltag üblich. Die vorherigen Beispiele können helfen, relative Größen zu veranschaulichen. Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Konsequenzen ist es sehr wichtig, zwischen Dosen zu unterscheiden, die über kurze und längere Zeiträume erhalten werden . Eine „ akute Dosis “ tritt über einen kurzen und begrenzten Zeitraum auf, während eine „ chronische Dosis “ auftritt”Ist eine Dosis, die über einen längeren Zeitraum anhält, damit sie besser durch eine Dosisleistung beschrieben werden kann. Hohe Dosen neigen dazu, Zellen abzutöten, während niedrige Dosen dazu neigen, sie zu beschädigen oder zu verändern. Niedrige Dosen, die über lange Zeiträume verteilt sind, verursachen für kein Körperorgan ein unmittelbares Problem. Die Auswirkungen niedriger Strahlendosen treten auf der Ebene der Zelle auf, und die Ergebnisse werden möglicherweise über viele Jahre hinweg nicht beobachtet.

Effektive Dosisleistung

Die effektive Dosisrate ist die Rate, mit der eine effektive Dosis erhalten wird. Es ist ein Maß für die Intensität (oder Stärke) der Strahlendosis. Die effektive Dosisleistung ist daher definiert als:

effektive Dosisleistung - Definition

In herkömmlichen Einheiten wird es in mSv / s ,  Sv / h, mrem / s oder rem / h gemessen . Da die Menge der Strahlenexposition direkt (linear) von der Zeit abhängt, die Menschen in der Nähe der Strahlungsquelle verbringen, entspricht die effektive Dosis der Stärke des Strahlungsfeldes (Dosisleistung) multipliziert mit der in diesem Feld verbrachten Zeit. Das obige Beispiel zeigt, dass eine Person eine Dosis von 25 Millirem erwarten kann, wenn sie 30 Minuten in einem Feld von 50 Millirem / Stunde bleibt.

Berechnung der abgeschirmten Dosisleistung

Angenommen, die punktisotrope Quelle enthält 1,0 Ci von 137 Cs und hat eine Halbwertszeit von 30,2 Jahren . Es ist zu beachten, dass die Beziehung zwischen der Halbwertszeit und der Menge eines Radionuklids, die erforderlich ist, um eine Aktivität von einem Curie zu ergeben , unten gezeigt ist. Diese Materialmenge kann mit λ berechnet werden, der Zerfallskonstante bestimmter Nuklide:

Curie - Aktivitätseinheit

Etwa 94,6 Prozent zerfallen durch Beta-Emission zu einem metastabilen Kernisomer von Barium: Barium-137m. Der Hauptphotonenpeak von Ba-137m beträgt 662 keV . Nehmen Sie für diese Berechnung an, dass alle Zerfälle diesen Kanal durchlaufen.

Berechnen Sie die primäre Photonendosisrate in Sieverts pro Stunde (Sv.h -1 ) an der Außenfläche eines 5 cm dicken Bleischilds . Dann berechnet die äquivalent und wirksame Dosisraten für zwei Fälle.

  1. Angenommen, dieses externe Strahlungsfeld durchdringt den gesamten Körper gleichmäßig . Das heißt: Berechnen Sie die effektive Ganzkörperdosis .
  2. Angenommen, dieses externe Strahlungsfeld dringt nur in die Lunge ein und die anderen Organe sind vollständig abgeschirmt. Das heißt: Berechnen Sie die effektive Dosisleistung .

Es ist zu beachten, dass die Primärphotonendosisrate alle Sekundärteilchen vernachlässigt. Angenommen, der effektive Abstand der Quelle vom Dosispunkt beträgt 10 cm . Wir werden auch annehmen, dass der Dosispunkt Weichgewebe ist und vernünftigerweise durch Wasser simuliert werden kann, und wir verwenden den Massenenergieabsorptionskoeffizienten für Wasser.

Siehe auch: Gammastrahlendämpfung

Siehe auch: Abschirmung von Gammastrahlen

Lösung:

Die Primärphotonendosisrate wird exponentiell abgeschwächt , und die Dosisrate von Primärphotonen unter Berücksichtigung der Abschirmung ist gegeben durch:

Dosisleistungsberechnung

Wie zu sehen ist, berücksichtigen wir den Aufbau von Sekundärstrahlung nicht. Wenn Sekundärteilchen erzeugt werden oder wenn die Primärstrahlung ihre Energie oder Richtung ändert, ist die effektive Dämpfung viel geringer. Diese Annahme unterschätzt im Allgemeinen die wahre Dosisleistung, insbesondere für dicke Schilde und wenn der Dosispunkt nahe an der Schildoberfläche liegt, aber diese Annahme vereinfacht alle Berechnungen. In diesem Fall ist die tatsächliche Dosisleistung (mit dem Aufbau von Sekundärstrahlung) mehr als doppelt so hoch.

Um die absorbierte Dosisleistung zu berechnen , müssen wir in der Formel Folgendes verwenden:

  • k = 5,76 · 10 & supmin; & sup7;
  • S = 3,7 × 10 10 s –1
  • E = 0,662 MeV
  • μ t / ρ =  0,0326 cm 2 / g (Werte sind bei NIST erhältlich)
  • μ = 1,289 cm -1 (Werte sind bei NIST erhältlich)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Ergebnis:

Die resultierende absorbierte Dosisrate in Grautönen pro Stunde beträgt dann:

absorbierte Dosisleistung - grau - Berechnung

1) Gleichmäßige Bestrahlung

Da der Strahlungsgewichtungsfaktor für Gammastrahlen gleich eins ist und wir das gleichmäßige Strahlungsfeld angenommen haben (der Gewebegewichtungsfaktor ist ebenfalls gleich eins), können wir die äquivalente Dosisrate und die effektive Dosisrate (E = H T ) direkt berechnen ) aus der absorbierten Dosisrate als:

Berechnung - effektive Dosis - einheitlich

2) Teilbestrahlung

In diesem Fall gehen wir nur von einer teilweisen Bestrahlung der Lunge aus. Wir müssen also den Gewebegewichtungsfaktor verwenden , der gleich T = 0,12 ist . Der Strahlungsgewichtungsfaktor für Gammastrahlen ist gleich eins. Als Ergebnis können wir die effektive Dosisleistung wie folgt berechnen:

Berechnung - effektive Dosis - ungleichmäßig

Wenn ein Körperteil (z. B. die Lunge) eine Strahlendosis erhält, besteht das Risiko einer besonders schädlichen Wirkung (z. B. Lungenkrebs). Wenn die gleiche Dosis einem anderen Organ verabreicht wird, stellt dies einen anderen Risikofaktor dar.

Wenn wir den Aufbau von Sekundärstrahlung berücksichtigen wollen, müssen wir den Aufbaufaktor einbeziehen. Die erweiterte Formel für die Dosisleistung lautet dann:

absorbierte Dosisleistung - grau

 

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.