Röntgen
Nicht-SI-Einheit · Größe: Ionendosis von Röntgen- und Gammastrahlung
01 · Definition
Das Röntgen ist diejenige Menge an Röntgen- oder Gammastrahlung, die in einem Kilogramm trockener Luft eine Ladung von 2,58·10⁻⁴ Coulomb jedes Vorzeichens erzeugt. Die Einheit beschreibt weder einen Körper noch einen Stoff, sondern die Fähigkeit der Strahlung, Luft zu ionisieren.
Die Luft wurde nicht zufällig gewählt: 1928 konnte man die Ionisation eines Gases messen, die im Gewebe abgegebene Energie dagegen nicht. Die Ladung wird an Elektroden gesammelt und exakt gezählt, deshalb war die Größe von Anfang an reproduzierbar. Der Preis dafür sind enge Anwendungsgrenzen: das Röntgen ist nur für Röntgen- und Gammastrahlung definiert, nur in Luft und nur bis zu Energien von etwa drei Megaelektronvolt. Für Alpha- und Betateilchen ergibt es gar keinen Sinn, und um die Dosis im Menschen zu erhalten, muss der Messwert mit einem Umrechnungsfaktor multipliziert werden: ein Röntgen ergibt in Luft 8,76 Milligray, im Weichgewebe etwa 9,6.
Weichgewebe absorbiert Röntgenstrahlen etwas bereitwilliger als Luft und erhält deshalb bei gleicher Ionendosis rund zehn Prozent mehr Energie. Bei Knochen wächst der Unterschied bei niedrigen Energien auf das Vierfache — dort wirkt das Calcium mit seiner hohen Ordnungszahl. Daraus folgt die Regel der Dosimetrie: eine in Luft gemessene Ionendosis wird erst durch eine Rechnung zur Organdosis, die den Stoff, das Spektrum der Strahlung und die Geometrie der Bestrahlung berücksichtigt. Genau diese zusätzliche Stufe führte am Ende vom Röntgen zum Gray, das die abgegebene Energie unmittelbar in dem Stoff misst, um den es geht.
02 · Umrechnung
Geben Sie eine Dosis ein — das Blatt rechnet sie für Luft und Gewebe um
Der Zusammenhang mit dem Coulomb je Kilogramm ist per Definition exakt. Alles Übrige ist der Übergang von der Luft zu einem Stoff, und der hängt davon ab, welcher Stoff gemeint ist.
Das Röntgen ist formal abgeschafft: in Russland wurde es schon in den Achtzigern aus den zulässigen Einheiten gestrichen, mit einer Übergangsfrist, und das internationale System ersetzte es durch das Coulomb je Kilogramm, das sich nie durchsetzte — niemand benutzt es. Das Mikroröntgen pro Stunde dagegen überlebte beide Reformen und steht auf der Skala fast jedes Haushaltsdosimeters, weil alle sowjetischen Normen und alle vertrauten Anhaltspunkte in dieser Einheit geschrieben sind. Beim Ablesen eines solchen Geräts muss man nur eines wissen: hundert Mikroröntgen pro Stunde sind etwa ein Mikrosievert pro Stunde.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| R | Röntgen, Ionendosis | 1 | Geräte und alte Normen |
| C/kg | Coulomb je Kilogramm, die SI-Einheit | 0 | die Definition, nicht die Praxis |
| µC/kg | Mikrocoulomb je Kilogramm | 258 | eine handliche Schreibweise |
| Gy in Luft | Energiedosis in Luft | 0,009 | Kalibrierung von Geräten |
| mGy im Gewebe | Energiedosis im Weichgewebe | 9,6 | Medizin und Strahlenschutz |
| mSv | Äquivalentdosis für Gammastrahlung | 9,6 | heutige Regelwerke |
Die Gewebedosis ist mit einem Übergangsfaktor von 0,0096 Gray je Röntgen berechnet, der für Weichgewebe und Röntgenröhrenenergien gilt. Die Äquivalentdosis stimmt mit der Energiedosis überein, weil der Wichtungsfaktor für Röntgen- und Gammastrahlung eins beträgt
03 · Größenordnungen
Dosisleistung: vom Untergrund bis zum zerstörten ReaktorZehn Mikroröntgen pro Stunde: natürlicher Untergrund
04 · Messgeräte
Womit Röntgen gemessen werden
Das Primärnormal: der Strahl läuft zwischen den Platten hindurch, während die Sammelelektrode ein Luftvolumen umgrenzt, das aus der Zeichnung auf Mikrometer genau bekannt ist. Das Gerät braucht keine Kalibrierung an einem anderen Gerät — es setzt die Definition der Einheit wörtlich um und steht deshalb in den nationalen Metrologieinstituten.
Das Arbeitsgerät der Strahlentherapie: ein erbsengroßer Hohlraum in einer Wand aus luftäquivalentem Material. Sie wird an der Normalkammer kalibriert und direkt in ein Phantom eingeführt, um die Dosis an der Stelle zu messen, an der später der Tumor liegt.
Ein tragbares Gerät des Zivilschutzes mit einer Skala bis zweihundert Röntgen pro Stunde und abgesetzter Sonde. Genau solche Geräte standen in den ersten Stunden der Katastrophe in Tschernobyl bereit: ihre Grenze von 3,6 Röntgen pro Stunde bedeutete keine Sicherheit, sondern nur, dass der Zeiger am Skalenende anschlug.
Ein Geigerzähler zählt Impulse, zeigt sie aber in Mikroröntgen pro Stunde an, weil der Käufer das gewohnt ist. Das Gerät ist mit Caesium-137 kalibriert, und bei anderen Photonenenergien weichen seine Werte um ganze Faktoren ab — im radonhaltigen Keller zeigt es zu wenig, neben einem Röntgengerät zu viel.
05 · Schreibregeln
Großbuchstabe, und ohne Beugung
Das Zeichen ist ein großes R ohne Punkt. Die Einheit ist nach einer Person benannt: im Zeichen bleibt der Großbuchstabe, im Fließtext wird der Einheitenname wie jedes Substantiv geschrieben und nicht gebeugt — hundert Röntgen, nicht hundert Röntgens.
Die mittlere Zeile verwechselt eine Dosis mit ihrer Leistung: das Mikroröntgen ist die angesammelte Ionendosis, das Gerät aber zeigt Mikroröntgen pro Stunde, also die Geschwindigkeit des Zuwachses. Die untere Gleichung gilt nur näherungsweise und nur für Weichgewebe und Gammastrahlung: ein Röntgen ergibt dort etwa 0,96 rad, also ungefähr, aber nicht genau ein rem. Daraus folgt auch die wichtigste Grenze der Einheit, die man beim Lesen alter Dokumente im Kopf behalten sollte: die Ionendosis beschreibt das Strahlungsfeld an einem Punkt, nicht das, was der dort anwesende Mensch erhalten hat, und ohne Angaben zu Position, Abschirmung und Aufenthaltsdauer lässt sich das eine nicht in das andere umrechnen.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Röntgen ist die erste Stufe einer Kette aus vier Größen: Aktivität der Quelle, Ionisation der Luft, absorbierte Energie und erwarteter Schaden. Jede weitere Stufe verlangt eine neue Rechnung.
Von den Datenblättern von Simetrium stehen daneben rad und rem — die nächsten zwei Stufen derselben Kette, Gray und Sievert, die an ihre Stelle traten, Coulomb aus der heutigen Definition, sowie Becquerel s Curie für die Aktivität der Quelle.
07 · Historischer Teil
Die Dosis wurde an Verbrennungen und an der Farbe einer Tablette gemessen
Das erste Dosimeter war ein Plättchen aus Bariumplatincyanid, das seine Farbe von Grün nach Orange änderte. Der Arzt legte es neben den Patienten und brach die Sitzung ab, sobald der Ton dem Muster auf der Karte entsprach. Die Genauigkeit hing von der Beleuchtung im Raum und vom Auge des Arztes ab.
Ein weiteres Maß war die Hauterythemdosis — jene, die eine bleibende Rötung der Haut hervorrief. Sie hing vom Menschen, von der Körperstelle und von der Dauer der Bestrahlung ab und unterschied sich zwischen Patienten um das Doppelte, zwischen Kliniken um das Fünffache.
Der Zweite Internationale Radiologenkongress nahm das Röntgen an: die Ladung, die in einem Kubikzentimeter trockener Luft unter Normalbedingungen erzeugt wird. Die Größe ließ sich nun mit einem Gerät messen und in jedem Labor der Welt reproduzieren.
Die Definition wurde auf Coulomb und Kilogramm umgestellt, und danach ging das Einheitensystem zum Gray über, das die Energie unmittelbar im Stoff misst. Das Röntgen kam außer Gebrauch und blieb nur auf Geräteskalen und in Berichten über alte Unfälle, in denen alle Zahlen darin aufgeschrieben sind.
Die einzige Größe, die über einen fremden Stoff definiert ist
Für einen Metrologen ist das Röntgen sonderbar gebaut: es beschreibt die Strahlung über die Reaktion der Luft, die mit der Sache nichts zu tun hat. Der Grund ist historisch — 1928 konnte man die Ionisation eines Gases auf Bruchteile eines Prozents genau messen, die im Gewebe abgegebene Energie überhaupt nicht. Der Preis für diese Genauigkeit war ein doppelter. Erstens gilt die Einheit nur für Röntgen- und Gammastrahlung und nur bis zu Energien von etwa drei Megaelektronvolt: darüber verlassen die Sekundärelektronen das gemessene Volumen, und das Gleichgewicht, auf dem die Definition ruht, bricht zusammen. Zweitens steht zwischen Ionendosis und der Dosis im Menschen eine Rechnung, und die hängt vom Spektrum der Strahlung und davon ab, welches Organ betrachtet wird: für Weichgewebe ergibt der Übergang einen Faktor von etwa 1,1, für Knochen bei niedrigen Energien bis zu vier. Genau diese zusätzliche Stufe entschied das Schicksal der Einheit: Gray und Sievert messen unmittelbar das, was den Arzt interessiert. Doch dem Röntgen blieb ein Vorzug, den seine Nachfolger nicht haben — die Freiluftkammer setzt seine Definition wörtlich um, aus Geometrie und Ladung, weshalb die nationalen Normale der Dosimetrie bis heute um diese Bauform herum errichtet und erst von ihr aus in Gray umgerechnet werden.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Blatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und jene Einheiten außerhalb des SI, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede hat ihr eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Geräte, Schreibregeln. In 36 Sprachen.
Nicht-SI-Einheiten
das Röntgen-Blatt ist geöffnetSI-Basiseinheiten
in Ocker — jene, aus denen das Coulomb je Kilogramm gebaut istDie vier Stufen der Strahlungsgrößen
Quelle · Luft · Stoff · OrganismusSprache des Blattes
36 Sprachen. Das Zeichen R ist international erkennbar; übersetzt werden die Namen der Geräte und Größen sowie die Erläuterungen zu den Skalen.