Gray
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: Energiedosis ionisierender Strahlung
01 · Definition
Ein Gray ist ein Joule Energie ionisierender Strahlung, aufgenommen von einem Kilogramm Stoff. Die Größe ist rein energetisch: sie weiß nichts über die Strahlenart und nichts darüber, ob vor ihr lebendes Gewebe oder eine Bleiplatte liegt.
Energie ist hier erstaunlich wenig. Eine für den Menschen tödliche Dosis von vier Gray erwärmt den Körper um etwa ein Tausendstel Grad — so viel gibt eine Sekunde Glühlampe. Die Gefahr macht nicht die Wärme, sondern die Art der Zustellung: Strahlung zerreißt Moleküle einzeln, und ein gerissener DNA-Strang heilt nicht davon, dass die Energie gering war. Deshalb sprechen Radiologen von Gray und nicht von Grad.
Ein Gammaquant streut seine Energie über einen langen Weg in spärlichen Ionisationen; ein Alphateilchen legt dieselbe Energie auf wenigen Mikrometern ab. Das Gray zählt nur die Summe — darum hinterlässt dieselbe Dosis ganz verschiedene Schäden, und darum gibt es das Sievert daneben.
02 · Umrechnung
Geben Sie eine Dosis ein — das Blatt zerlegt sie nach Einheiten
Das Rad hielt sich in der Medizin bis in die neunziger Jahre und begegnet noch heute in amerikanischen Protokollen. Das Röntgen misst nicht die Dosis im Gewebe, sondern die Ionisation der Luft, darum ist die Umrechnung bedingt: der Faktor hängt von der Energie der Strahlung und vom bestrahlten Gewebe ab.
Das Rad erschien 1953 als «radiation absorbed dose» und wurde auf hundert Erg je Gramm gelegt — nahe der Dosis, die ein Röntgen in Weichgewebe liefert. Als 1975 das Gray kam, geriet das Verhältnis in die andere Richtung ungerade: hundert Rad auf ein Gray. Amerikanische Kliniken brauchten fast zwanzig Jahre für den Wechsel, und alte Krankenakten führen beide Einträge nebeneinander.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| Gy | Gray, die SI-Einheit | 2 | Strahlentherapie, Dosimetrie |
| mGy | Milligray | 2000 | Diagnostik, Tomografie |
| µGy | Mikrogray | 2 000 000 | Aufnahmen, natürlicher Untergrund |
| kGy | Kilogray | 0,002 | Sterilisation, Lebensmittelbehandlung |
| J/kg | Joule je Kilogramm | 2 | die Definition der Einheit |
| Gy·kg | Energie auf 70 kg Körper | 140 | gesamte aufgenommene Energie |
| Rad | radiation absorbed dose, 1953 | 200 | USA bis in die 1990er, alte Krankenakten |
| Mrad | Millirad | 200 000 | Personendosimetrie |
| Erg/g | Erg je Gramm | 20 000 | die ursprüngliche Schreibweise des Rad |
| R | Röntgen in Luft, näherungsweise | 227,27 | Ionisation der Luft, nicht des Gewebes |
| rem | biologisches Äquivalent, bei einem Faktor von 1 | 200 | das Gegenstück zum Sievert in alten Normen |
| Gy | Gray | 2 | die heutige Einheit |
Das Gray zählt die dem Stoff übergebene Energie. Der Schaden für die Gesundheit ist schon das Sievert: dieselbe Dimension, aber mit einer Korrektur für die Strahlenart.
03 · Größenordnungen
von der Zahnaufnahme bis zum industriellen BestrahlerZwei Gray: eine einzelne Fraktion der Strahlentherapie
04 · Messgeräte
Womit die Energiedosis gemessen wird
Das einzige Gerät, das die Dosis unmittelbar nach der Definition misst: ein bestrahlter Graphitblock erwärmt sich, und ein Thermometer fängt den Anstieg in Mikrokelvin. Das Primärnormal der nationalen Laboratorien, das mehr Schutz vor Zugluft braucht als vor Strahlung.
Das Arbeitsgerät der Klinik: eine Fingerhutkammer im Wasserphantom sammelt die von der Strahlung erzeugte Ladung und berechnet daraus die Dosis. Ihre Anzeige ist über eine Kette von Prüfungen ans Kalorimeter gebunden, und die Wände wählt man so, dass die Kammer wie Wasser antwortet.
Ein Kristall aus Lithiumfluorid merkt sich die Dosis, indem er herausgeschlagene Elektronen in Gitterfehlern festhält. Auf dreihundert Grad erhitzt gibt er sie als Licht zurück, dessen Helligkeit der Dosis entspricht. Solche Plättchen tragen Mitarbeiter von Kliniken und Kernkraftwerken am Kittel.
Das Gel polymerisiert dort, wohin die Dosis kam, und das bestrahlte Volumen liest anschließend ein Tomograf aus: es entsteht eine dreidimensionale Karte. Radiochromer Film tut dasselbe in der Ebene und schwärzt direkt unter dem Strahl ohne jede Entwicklung — damit prüft man komplizierte Bestrahlungspläne.
05 · Schreibregeln
Gy ist Energie, Sv ist Risiko
Das Zeichen wird mit großem G und kleinem y geschrieben. Eine Dosis in Gray bezieht sich immer auf ein bestimmtes Organ oder Volumen: «zweitausend Gray auf den Tumor» bedeutet ohne Nennung des Organs nichts. In der Strahlentherapie schreibt man die Dosis zusammen mit der Zahl der Fraktionen.
Sievert und Gray teilen eine Dimension, sie lassen sich also ohne Rechenfehler vertauschen — und genau deshalb erlaubte die SI-Broschüre beiden Größen eigene Namen. Die Regel ist einfach: die dem Stoff übergebene Energie sind Gray; der Schaden für die Gesundheit, gewichtet nach Strahlenart, sind Sievert. Die Dosisleistung schreibt man als Gy/s oder Gy/min.
06 · Benachbarte Einheiten
Das strahlenkundliche Trio geht der Kette nach: das Becquerel zählt Zerfälle in der Quelle, das Gray die Energie, die den Stoff erreicht hat, das Sievert den erwarteten Schaden. Jeder nächste Schritt braucht Daten, die der vorige nicht trägt.
Der Wichtungsfaktor ist eins für Röntgen-, Gammastrahlung und Elektronen, zwanzig für Alphateilchen und fünf bis zwanzig für Neutronen je nach Energie. Von den Simetrium-Blättern grenzen an das Gray das Becquerel, das Sievert, das Joule und das Kilogramm, aus denen es gebaut ist, und das Curie den Datenblättern von Simetrium an das Gray grenzen Becquerel, Sievert, Joule und Kilogramm, aus denen es gebaut ist, und Curie mit dem Röntgen im historischen Abschnitt.
07 · Historischer Teil
Wie man lernte, das Unsichtbare zu messen
Das erste Maß der Bestrahlung war die Dosis, die eine sichtbare Rötung der Haut hervorrief. Der Arzt bestrahlte den Patienten, bis ein Erythem erschien, und das galt als Einheit. Die Schwelle hing vom Menschen ab, von der Energie der Röhre und davon, wie lange der Arzt hinsah.
Die erste physikalische Einheit: die Menge der Ionisation, die Strahlung in einem Kubikzentimeter Luft erzeugt. Objektiv und wiederholbar — aber sie misst die Luft und nicht den Patienten und gilt nur für Röntgen- und Gammastrahlung.
Die Kommission für radiologische Einheiten führte das Rad ein — hundert Erg je Gramm. Die Größe beschrieb endlich, was im Gewebe geschieht, und man wählte sie nahe der Dosis eines Röntgen, damit Ärzte nicht umlernen mussten.
Die Generalkonferenz benannte die Einheit nach dem britischen Radiobiologen, der über die Wirkung von Strahlung auf Gewebe und über Neutronentherapie arbeitete. Das Gray ist dasselbe Rad, hundertfach vergrößert bis zum ganzen Joule je Kilogramm.
Die Einheit, die fast niemand unmittelbar misst
Die Definition des Gray verlangt, eine Erwärmung zu messen, doch diese Erwärmung ist verschwindend klein: therapeutische zwei Gray erwärmen Gewebe um ein halbes Tausendstel Grad. Das Kalorimeter schafft es nur, weil es in einer Vakuumhülle steht und Mikrokelvin auffängt, und die ganze Kette der klinischen Dosimetrie hängt an diesem einen Gerät.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Nicht-SI-Einheiten, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede ein eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Messgeräte, Schreibregeln. In 14 Sprachen.