Ρέντγκεν
Μονάδα εκτός SI · μέγεθος: δόση έκθεσης σε ακτίνες Χ και γάμμα
01 · Ορισμός
Το ρέντγκεν είναι εκείνη η ποσότητα ακτινοβολίας Χ ή γάμμα που παράγει, σε ένα κιλό ξηρού αέρα, φορτίο 2,58·10⁻⁴ κουλόμπ κάθε προσήμου. Η μονάδα δεν περιγράφει ούτε σώμα ούτε ύλη, αλλά την ικανότητα της ακτινοβολίας να ιοντίζει τον αέρα.
Η επιλογή του αέρα δεν ήταν τυχαία: το 1928 ο ιοντισμός ενός αερίου μπορούσε να μετρηθεί, η ενέργεια όμως που αποδίδεται στον ιστό καθόλου. Το φορτίο συλλέγεται στα ηλεκτρόδια και μετριέται με ακρίβεια, γι’ αυτό το μέγεθος βγήκε αναπαραγώγιμο από την αρχή. Το τίμημα είναι τα στενά όρια ισχύος: το ρέντγκεν ορίζεται μόνο για ακτινοβολία Χ και γάμμα, μόνο στον αέρα και μόνο ως ενέργειες γύρω στα τρία μεγαηλεκτρονιοβόλτ. Για σωματίδια άλφα και βήτα δεν έχει κανένα νόημα, ενώ για να βρεθεί η δόση στον άνθρωπο η ένδειξη πρέπει να πολλαπλασιαστεί με συντελεστή μετάβασης: ένα ρέντγκεν δίνει στον αέρα 8,76 μιλιγκρέι και στον μαλακό ιστό περίπου 9,6.
Ο μαλακός ιστός απορροφά τις ακτίνες Χ λίγο προθυμότερα από τον αέρα, οπότε με την ίδια δόση έκθεσης παίρνει περίπου δέκα τοις εκατό περισσότερη ενέργεια. Στο οστό η διαφορά φτάνει τις τέσσερις φορές σε χαμηλές ενέργειες — εκεί δουλεύει το ασβέστιο με τον μεγάλο ατομικό του αριθμό. Από εκεί ο κανόνας της δοσιμετρίας: η δόση έκθεσης που μετρήθηκε στον αέρα γίνεται δόση οργάνου μόνο μέσα από υπολογισμό που λαμβάνει υπόψη την ύλη, το φάσμα της ακτινοβολίας και τη γεωμετρία της ακτινοβόλησης. Ακριβώς αυτό το επιπλέον σκαλοπάτι επέβαλε τελικά τη μετάβαση από το ρέντγκεν στο γκρέι, που μετρά την αποδιδόμενη ενέργεια απευθείας στην ύλη για την οποία γίνεται λόγος.
02 · Μετατροπή
Δώστε μια δόση — το φύλλο θα τη μετατρέψει για τον αέρα και τον ιστό
Η σχέση με το κουλόμπ ανά κιλό είναι ακριβής εξ ορισμού. Όλα τα υπόλοιπα είναι η μετάβαση από τον αέρα σε μια ύλη, και αυτό εξαρτάται από το ποια ύλη εννοείται.
Το ρέντγκεν έχει τυπικά καταργηθεί: στη Ρωσία αφαιρέθηκε από τις επιτρεπόμενες μονάδες ήδη στη δεκαετία του ογδόντα, με μεταβατική περίοδο, ενώ το διεθνές σύστημα το αντικατέστησε με το κουλόμπ ανά κιλό, που ποτέ δεν ρίζωσε — κανείς δεν το χρησιμοποιεί. Το μικρορέντγκεν την ώρα, αντίθετα, επέζησε και από τις δύο μεταρρυθμίσεις και βρίσκεται στην κλίμακα σχεδόν κάθε οικιακού δοσιμέτρου, επειδή σε αυτή τη μονάδα είναι γραμμένοι όλοι οι σοβιετικοί κανονισμοί και όλα τα συνηθισμένα σημεία αναφοράς. Ένα μόνο πρέπει να θυμάται κανείς διαβάζοντας ένα τέτοιο όργανο: εκατό μικρορέντγκεν την ώρα είναι περίπου ένα μικροσίβερτ την ώρα.
| Μονάδα | Ονομασία | Τιμή | Πού απαντάται |
|---|---|---|---|
| R | ρέντγκεν, δόση έκθεσης | 1 | όργανα και παλιοί κανονισμοί |
| C/kg | κουλόμπ ανά κιλό, η μονάδα SI | 0 | ο ορισμός, όχι η πράξη |
| µC/kg | μικροκουλόμπ ανά κιλό | 258 | βολική γραφή |
| Gy στον αέρα | απορροφούμενη δόση στον αέρα | 0,009 | βαθμονόμηση οργάνων |
| mGy στον ιστό | απορροφούμενη δόση στον μαλακό ιστό | 9,6 | ιατρική και ακτινοπροστασία |
| mSv | ισοδύναμη δόση για ακτινοβολία γάμμα | 9,6 | η σημερινή νομοθεσία |
Η δόση στον ιστό υπολογίστηκε με συντελεστή μετάβασης 0,0096 γκρέι ανά ρέντγκεν, που ισχύει για μαλακό ιστό και για ενέργειες λυχνίας ακτίνων Χ. Η ισοδύναμη δόση συμπίπτει με την απορροφούμενη, επειδή για ακτινοβολία Χ και γάμμα ο συντελεστής βαρύτητας ισούται με ένα
03 · Τάξεις μεγέθους
ρυθμός δόσης: από το υπόβαθρο ως τα ερείπια του αντιδραστήραΔέκα μικρορέντγκεν την ώρα: φυσικό υπόβαθρο
04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετρώνται τα ρέντγκεν
Το πρωτεύον πρότυπο: η δέσμη περνά ανάμεσα στις πλάκες, ενώ το ηλεκτρόδιο συλλογής οριοθετεί όγκο αέρα γνωστό από το σχέδιο με ακρίβεια μικρομέτρου. Το όργανο δεν χρειάζεται βαθμονόμηση με άλλο όργανο — υλοποιεί κατά γράμμα τον ορισμό της μονάδας, γι’ αυτό και βρίσκεται στα εθνικά ινστιτούτα μετρολογίας.
Το όργανο εργασίας της ακτινοθεραπείας: κοιλότητα στο μέγεθος μπιζελιού μέσα σε τοίχωμα από υλικό ισοδύναμο με τον αέρα. Βαθμονομείται με τον πρότυπο θάλαμο και εισάγεται απευθείας σε ομοίωμα, ώστε να μετρηθεί η δόση στο σημείο όπου θα βρίσκεται ο όγκος.
Φορητό όργανο της πολιτικής άμυνας με κλίμακα ως διακόσια ρέντγκεν την ώρα και ξεχωριστό αισθητήρα. Ακριβώς τέτοια όργανα υπήρχαν στον σταθμό του Τσερνόμπιλ τις πρώτες ώρες του ατυχήματος: το όριό τους των 3,6 ρέντγκεν την ώρα δεν σήμαινε ασφάλεια, αλλά μόνο ότι ο δείκτης είχε φτάσει στο τέρμα της κλίμακας.
Ο μετρητής Γκάιγκερ μετρά παλμούς, αλλά τους εμφανίζει σε μικρορέντγκεν την ώρα, επειδή έτσι το συνηθίζει ο αγοραστής. Το όργανο είναι βαθμονομημένο με καίσιο-137, και σε φωτόνια άλλης ενέργειας οι ενδείξεις του αποκλίνουν κατά ολόκληρους συντελεστές — σε υπόγειο με ραδόνιο θα δείξει λιγότερα, δίπλα σε ακτινολογικό μηχάνημα περισσότερα.
05 · Κανόνες γραφής
Κεφαλαίο στο σύμβολο, πεζό στο όνομα
Το σύμβολο είναι κεφαλαίο R χωρίς τελεία. Η μονάδα φέρει όνομα προσώπου: στο τρέχον κείμενο το όνομα γράφεται με πεζό και μένει άκλιτο — εκατό ρέντγκεν — ενώ το σύμβολο παραμένει αμετάβλητο και κεφαλαίο.
Η μεσαία γραφή μπερδεύει τη δόση με τον ρυθμό της: το μικρορέντγκεν είναι συσσωρευμένη δόση έκθεσης, ενώ το όργανο δείχνει μικρορέντγκεν την ώρα, δηλαδή την ταχύτητα συσσώρευσης. Η κάτω ισότητα ισχύει μόνο κατά προσέγγιση και μόνο για μαλακό ιστό και ακτινοβολία γάμμα: εκεί ένα ρέντγκεν δίνει περίπου 0,96 rad, δηλαδή περίπου, αλλά όχι ακριβώς, ένα rem. Από εκεί προκύπτει και ο βασικός περιορισμός της μονάδας, που αξίζει να θυμάται κανείς διαβάζοντας παλιά έγγραφα: η δόση έκθεσης περιγράφει το πεδίο ακτινοβολίας σε ένα σημείο, όχι αυτό που έλαβε ο άνθρωπος που στεκόταν εκεί, και χωρίς στοιχεία για τη θέση του, τη θωράκιση και τη διάρκεια παραμονής το ένα δεν μετατρέπεται στο άλλο.
06 · Γειτονικές μονάδες
Το ρέντγκεν είναι το πρώτο σκαλοπάτι μιας αλυσίδας τεσσάρων μεγεθών: ενεργότητα της πηγής, ιοντισμός του αέρα, απορροφούμενη ενέργεια και αναμενόμενη βλάβη. Κάθε επόμενο σκαλοπάτι απαιτεί νέο υπολογισμό.
Από τα δελτία του Simetrium δίπλα στέκονται το rad και το rem — τα δύο επόμενα σκαλοπάτια της ίδιας αλυσίδας, γκρέι και σίβερτ, που τα αντικατέστησαν, κουλόμπ από τον σημερινό ορισμό, καθώς και μπεκερέλ s κιουρί για την ενεργότητα της πηγής.
07 · Ιστορικό μέρος
Η δόση μετριόταν από το έγκαυμα και από το χρώμα μιας παστίλιας
Το πρώτο δοσίμετρο ήταν μια παστίλια πλατινοκυανιούχου βαρίου που άλλαζε χρώμα από πράσινο σε πορτοκαλί. Ο γιατρός την τοποθετούσε δίπλα στον ασθενή και διέκοπτε τη συνεδρία όταν η απόχρωση έφτανε το δείγμα της κάρτας. Η ακρίβεια εξαρτιόταν από τον φωτισμό του ιατρείου και από το μάτι του γιατρού.
Άλλο μέτρο ήταν η δόση ερυθήματος — εκείνη που προκαλούσε μόνιμη ερυθρότητα του δέρματος. Εξαρτιόταν από τον άνθρωπο, από το σημείο του σώματος και από τη διάρκεια της ακτινοβόλησης, και διέφερε διπλάσια μεταξύ ασθενών και πενταπλάσια μεταξύ κλινικών.
Το Δεύτερο Διεθνές Συνέδριο Ακτινολόγων υιοθέτησε το ρέντγκεν: το φορτίο που παράγεται σε ένα κυβικό εκατοστό ξηρού αέρα σε κανονικές συνθήκες. Το μέγεθος μπορούσε πλέον να μετρηθεί με όργανο και να αναπαραχθεί σε οποιοδήποτε εργαστήριο του κόσμου.
Ο ορισμός μεταφράστηκε σε κουλόμπ και κιλά, και έπειτα το σύστημα μονάδων πέρασε στο γκρέι, που μετρά την ενέργεια απευθείας μέσα στην ύλη. Το ρέντγκεν βγήκε από τη χρήση και έμεινε μόνο στις κλίμακες των οργάνων και στα κείμενα για παλιά ατυχήματα, όπου όλοι οι αριθμοί είναι γραμμένοι σε αυτό.
Το μοναδικό μέγεθος που ορίζεται μέσω ξένης ύλης
Για έναν μετρολόγο το ρέντγκεν είναι παράξενα φτιαγμένο: περιγράφει την ακτινοβολία μέσα από την αντίδραση του αέρα, που δεν έχει σχέση με το θέμα. Ο λόγος είναι ιστορικός — το 1928 ο ιοντισμός ενός αερίου μετριόταν με σφάλμα κλασμάτων του τοις εκατό, ενώ η ενέργεια που αποδίδεται στον ιστό δεν μετριόταν καθόλου. Το τίμημα αυτής της ακρίβειας βγήκε διπλό. Πρώτον, η μονάδα ισχύει μόνο για ακτινοβολία Χ και γάμμα και μόνο ως ενέργειες γύρω στα τρία μεγαηλεκτρονιοβόλτ: πιο πάνω τα δευτερογενή ηλεκτρόνια φεύγουν έξω από τον μετρούμενο όγκο και σπάει η ισορροπία στην οποία στηρίζεται ο ορισμός. Δεύτερον, ανάμεσα στη δόση έκθεσης και στη δόση στον άνθρωπο στέκεται ένας υπολογισμός, που εξαρτάται από το φάσμα της ακτινοβολίας και από το ποιο όργανο εξετάζεται: για μαλακό ιστό η μετάβαση δίνει συντελεστή περίπου 1,1, για οστό σε χαμηλές ενέργειες ως τέσσερα. Ακριβώς αυτό το επιπλέον σκαλοπάτι έκρινε τη μοίρα της μονάδας: το γκρέι και το σίβερτ μετρούν απευθείας αυτό που ενδιαφέρει τον γιατρό. Στο ρέντγκεν όμως έμεινε ένα πλεονέκτημα που δεν έχουν οι διάδοχοί του — ο θάλαμος ελεύθερου αέρα υλοποιεί τον ορισμό του κατά γράμμα, από τη γεωμετρία και το φορτίο, γι’ αυτό και τα εθνικά πρότυπα δοσιμετρίας χτίζονται ως σήμερα γύρω από αυτή την κατασκευή και μόνο από εκεί μετατρέπονται σε γκρέι.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα φύλλο για κάθε μέγεθος
Επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα, και εκείνες οι μονάδες εκτός SI χωρίς τις οποίες δεν κάνουν ούτε η τεχνική ούτε η καθημερινή ζωή. Καθεμιά έχει το δικό της φύλλο: ορισμός, μετατροπή, όργανα, κανόνες γραφής. Σε 36 γλώσσες.
Μονάδες εκτός SI
το φύλλο του ρέντγκεν είναι ανοιχτόΘεμελιώδεις μονάδες του SI
με ώχρα εκείνες από τις οποίες συντίθεται το κουλόμπ ανά κιλόΤα τέσσερα σκαλοπάτια των μεγεθών ακτινοβολίας
πηγή · αέρας · ύλη · οργανισμόςΓλώσσα του φύλλου
36 γλώσσες. Το σύμβολο R αναγνωρίζεται παντού· μεταφράζονται τα ονόματα των οργάνων και των μεγεθών και οι επεξηγήσεις των κλιμάκων.