Gray
Unité SI dérivée · grandeur : dose absorbée de rayonnement ionisant
01 · Définition
Un gray est un joule d’énergie de rayonnement ionisant absorbé par un kilogramme de matière. La grandeur est purement énergétique : elle ignore le type de rayonnement, comme elle ignore si devant elle se trouve un tissu vivant ou une plaque de plomb.
Il y a ici étonnamment peu d’énergie. Une dose de quatre grays, mortelle pour l’homme, réchauffe le corps d’environ un millième de degré — autant qu’une seconde d’ampoule électrique. Le danger ne vient pas de la chaleur mais du mode de livraison : le rayonnement déchire les molécules une à une, et un brin d’ADN rompu ne se répare pas du fait que l’énergie était faible. C’est pourquoi les radiologues parlent de grays et non de degrés.
Un quantum gamma disperse son énergie le long d’un trajet étendu en ionisations rares ; une particule alpha dépose la même énergie sur quelques micromètres. Le gray ne compte que le total — voilà pourquoi une même dose laisse des dégâts tout différents, et pourquoi le sievert existe à côté de lui.
02 · Conversion
Saisissez une dose — la fiche la décomposera par unités
Le rad s’est maintenu en médecine jusqu’aux années quatre-vingt-dix et se rencontre encore dans les protocoles américains. Le röntgen ne mesure pas la dose dans les tissus mais l’ionisation de l’air, si bien que la conversion reste conditionnelle : le coefficient dépend de l’énergie du rayonnement et du tissu irradié.
Le rad est apparu en 1953 comme « radiation absorbed dose » et fut fixé à cent ergs par gramme — une valeur proche de la dose délivrée par un röntgen dans les tissus mous. Quand le gray est arrivé en 1975, le rapport est devenu bancal dans l’autre sens : cent rads pour un gray. Les cliniques américaines ont mis presque vingt ans à changer, et les vieux dossiers portent les deux écritures côte à côte.
| Unité | Nom | Valeur | Où on la rencontre |
|---|---|---|---|
| Gy | gray, unité du SI | 2 | radiothérapie, dosimétrie |
| mGy | milligray | 2000 | diagnostic, tomographie |
| µGy | microgray | 2 000 000 | radios, fond naturel |
| kGy | kilogray | 0,002 | stérilisation, traitement des aliments |
| J/kg | joule par kilogramme | 2 | la définition de l’unité |
| Gy·kg | énergie sur 70 kg de corps | 140 | énergie absorbée totale |
| rad | radiation absorbed dose, 1953 | 200 | États-Unis jusqu’aux années 1990, vieux dossiers |
| mrad | millirad | 200 000 | dosimétrie du personnel |
| erg/g | erg par gramme | 20 000 | l’écriture d’origine du rad |
| R | röntgen dans l’air, approximativement | 227,27 | ionisation de l’air, non des tissus |
| rem | équivalent biologique, à un facteur de 1 | 200 | l’analogue du sievert dans les anciennes normes |
| Gy | gray | 2 | l’unité actuelle |
Le gray compte l’énergie cédée à la matière. Le dommage pour la santé, c’est déjà le sievert : la même dimension, mais avec une correction pour le type de rayonnement.
03 · Ordres de grandeur
de la radio dentaire à l’irradiateur industrielDeux grays : une seule fraction de radiothérapie
04 · Instruments de mesure
Avec quoi se mesure la dose absorbée
Le seul appareil qui mesure la dose directement selon la définition : un bloc de graphite irradié s’échauffe, et un thermomètre attrape la montée en microkelvins. L’étalon primaire des laboratoires nationaux, qui demande plus de protection contre les courants d’air que contre le rayonnement.
L’instrument de travail de la clinique : une chambre à dé dans un fantôme d’eau recueille la charge créée par le rayonnement et en calcule la dose. Ses indications sont rattachées au calorimètre par une chaîne d’étalonnages, et les parois sont choisies pour que la chambre réponde comme l’eau.
Un cristal de fluorure de lithium retient la dose en gardant les électrons arrachés dans les défauts du réseau. Chauffé à trois cents degrés il les restitue en lumière, dont l’éclat est proportionnel à la dose. Le personnel des cliniques et des centrales porte ces pastilles sur la blouse.
Le gel polymérise là où la dose est arrivée, et le volume irradié est ensuite lu par un tomographe : on obtient une carte en trois dimensions. Le film radiochromique fait la même chose dans un plan, en noircissant directement sous le faisceau sans aucun développement — c’est ainsi qu’on vérifie les plans de traitement complexes.
05 · Règles d’écriture
Gy c’est l’énergie, Sv le risque
Le symbole s’écrit avec un G majuscule et un y minuscule. Une dose en grays se rapporte toujours à un organe ou à un volume précis : « deux mille grays sur la tumeur » ne signifie rien sans nommer l’organe. En radiothérapie la dose s’écrit avec le nombre de fractions.
Le sievert et le gray partagent une dimension, on peut donc les intervertir sans erreur arithmétique — et c’est précisément pour cela que la brochure du SI a accordé à ces deux grandeurs des noms propres. La règle est simple : l’énergie cédée à la matière, ce sont des grays ; le dommage pour la santé, pondéré par le type de rayonnement, ce sont des sieverts. Le débit de dose s’écrit Gy/s ou Gy/min.
06 · Unités voisines
Le trio radiologique suit une chaîne : le becquerel compte les désintégrations dans la source, le gray l’énergie parvenue à la matière, le sievert le dommage attendu. Chaque pas suivant réclame des données que le précédent ne porte pas.
Le facteur de pondération vaut un pour les rayons X, le rayonnement gamma et les électrons, vingt pour les particules alpha et de cinq à vingt pour les neutrons selon l’énergie. Parmi les fiches de Simetrium, le gray voisine avec le becquerel, le sievert, le joule et le kilogramme dont il est fait, et le curie les fiches de Simetrium voisinent avec le gray becquerel, sievert, joule et kilogramme, dont il est fait, et curie avec le röntgen dans la section historique.
07 · Section historique
Comment on a appris à mesurer l’invisible
La première mesure d’exposition fut la dose provoquant un rougissement visible de la peau. Le médecin irradiait le patient jusqu’à l’apparition de l’érythème, et cela tenait lieu d’unité. Le seuil dépendait de la personne, de l’énergie du tube et de la durée du regard du médecin.
La première unité physique : la quantité d’ionisation créée par le rayonnement dans un centimètre cube d’air. Objective et reproductible — mais mesurant l’air et non le patient, et ne valant que pour les rayons X et gamma.
La commission des unités radiologiques introduisit le rad — cent ergs par gramme. La grandeur décrivait enfin ce qui se passe dans les tissus, et on la choisit proche de la dose d’un röntgen pour que les médecins n’aient pas à réapprendre.
La Conférence générale a nommé l’unité d’après le radiobiologiste britannique qui travaillait sur l’action du rayonnement sur les tissus et sur la thérapie par neutrons. Le gray est le même rad, multiplié par cent jusqu’au joule entier par kilogramme.
L’unité que presque personne ne mesure directement
La définition du gray demande de mesurer un échauffement, mais cet échauffement est infime : deux grays thérapeutiques réchauffent les tissus d’un demi-millième de degré. Le calorimètre n’y parvient que parce qu’il se tient dans une enveloppe sous vide et attrape des microkelvins, et toute la chaîne de la dosimétrie clinique est rattachée à ce seul appareil.
Catalogue · unités de mesure
Une fiche pour chaque grandeur
Sept unités de base du SI, vingt-deux unités dérivées portant un nom propre et les unités hors système dont ni la technique ni la vie quotidienne ne se passent. Chacune a sa feuille : définition, conversion, instruments, règles d’écriture. En 14 langues.