Röntgen
Unità fuori SI · grandezza: esposizione a raggi X e gamma
01 · Definizione
Il röntgen è la quantità di radiazione X o gamma che produce, in un chilogrammo d’aria secca, una carica di 2,58·10⁻⁴ coulomb di ciascun segno. L’unità non descrive né un corpo né una sostanza, ma la capacità della radiazione di ionizzare l’aria.
La scelta dell’aria non fu casuale: nel 1928 si sapeva misurare la ionizzazione di un gas, ma non l’energia depositata nel tessuto. La carica viene raccolta sugli elettrodi e contata con esattezza, e perciò la grandezza risultò riproducibile fin dall’inizio. Il prezzo sono limiti di validità stretti: il röntgen è definito solo per radiazione X e gamma, solo in aria e solo fino a energie di circa tre megaelettronvolt. Per le particelle alfa e beta non ha alcun senso, e per conoscere la dose in una persona occorre moltiplicare la lettura per un fattore di conversione: un röntgen dà 8,76 milligray in aria e circa 9,6 nel tessuto molle.
Il tessuto molle assorbe i raggi X un poco più volentieri dell’aria e quindi, a parità di esposizione, riceve circa il dieci per cento di energia in più. Con l’osso lo scarto arriva a quattro volte alle basse energie: lì agisce il calcio con il suo numero atomico elevato. Da qui la regola della dosimetria: un’esposizione misurata in aria diventa dose a un organo solo attraverso un calcolo che tiene conto della sostanza, dello spettro della radiazione e della geometria dell’irradiazione. È proprio questo gradino in più che alla fine ha portato dal röntgen al gray, che misura l’energia depositata direttamente nella sostanza di cui si parla.
02 · Conversione
Inserisci una dose: la scheda la converte per l’aria e per il tessuto
Il legame con il coulomb al chilogrammo è esatto per definizione. Tutto il resto è il passaggio dall’aria a una sostanza, e dipende da quale sostanza si tratti.
Il röntgen è formalmente abrogato: in Russia fu tolto dalle unità ammesse già negli anni ottanta, con un periodo transitorio, e il sistema internazionale lo sostituì con il coulomb al chilogrammo, che non ha mai attecchito: non lo usa nessuno. Il microröntgen all’ora, invece, è sopravvissuto a entrambe le riforme e figura sulla scala di quasi ogni dosimetro domestico, perché è in quell’unità che sono scritte tutte le norme sovietiche e tutti i riferimenti abituali. L’unica cosa da ricordare leggendo un apparecchio simile: cento microröntgen all’ora sono all’incirca un microsievert all’ora.
| Unità | Nome | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| R | röntgen, esposizione | 1 | strumenti e vecchie norme |
| C/kg | coulomb al chilogrammo, l’unità SI | 0 | la definizione, ma non la pratica |
| µC/kg | microcoulomb al chilogrammo | 258 | una scrittura comoda |
| Gy in aria | dose assorbita in aria | 0,009 | taratura degli strumenti |
| mGy nel tessuto | dose assorbita nel tessuto molle | 9,6 | medicina e radioprotezione |
| mSv | dose equivalente per la radiazione gamma | 9,6 | la normativa odierna |
La dose al tessuto è calcolata con un fattore di conversione di 0,0096 gray per röntgen, valido per il tessuto molle e le energie del tubo radiogeno. La dose equivalente coincide con quella assorbita, perché per la radiazione X e gamma il fattore di ponderazione vale uno
03 · Ordini di grandezza
intensità di dose: dal fondo alle rovine del reattoreDieci microröntgen all’ora: fondo naturale
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misurano i röntgen
Il campione primario: il fascio passa tra le piastre mentre l’elettrodo di raccolta delimita un volume d’aria noto dal disegno con precisione micrometrica. Lo strumento non ha bisogno di essere tarato su un altro: realizza la definizione dell’unità alla lettera, e per questo si trova negli istituti metrologici nazionali.
Lo strumento di lavoro della radioterapia: una cavità grande come un pisello in una parete di materiale equivalente all’aria. Viene tarata sulla camera campione e inserita direttamente in un fantoccio, per misurare la dose nel punto dove si troverà il tumore.
Un apparecchio portatile della protezione civile con scala fino a duecento röntgen all’ora e sonda separata. Erano proprio strumenti di questo tipo a trovarsi alla centrale di Černobyl nelle prime ore dell’incidente: il loro limite di 3,6 röntgen all’ora non significava sicurezza, ma soltanto che l’ago era arrivato a fondo scala.
Un contatore Geiger conta impulsi, ma li mostra in microröntgen all’ora, perché è ciò a cui l’acquirente è abituato. Lo strumento è tarato con il cesio-137 e, con fotoni di altra energia, le sue letture sbagliano di interi fattori: sottostima il fondo in una cantina con radon e lo sovrastima accanto a un apparecchio radiologico.
05 · Regole di scrittura
Maiuscola nel simbolo, minuscola nel nome
Il simbolo è una R maiuscola senza punto. L’unità porta il nome di una persona: nel testo corrente il nome si scrive in minuscolo e resta invariabile al plurale — cento röntgen —, mentre il simbolo mantiene la maiuscola.
La riga di mezzo confonde una dose con la sua intensità: il microröntgen è esposizione accumulata, mentre lo strumento mostra microröntgen all’ora, cioè la velocità con cui si accumula. L’uguaglianza in basso vale solo in modo approssimato e solo per il tessuto molle e la radiazione gamma: lì un röntgen dà circa 0,96 rad, cioè all’incirca, ma non esattamente, un rem. Da qui viene anche il limite principale dell’unità, da tenere a mente leggendo vecchi documenti: l’esposizione descrive il campo di radiazione in un punto, non ciò che ha ricevuto chi vi si trovava, e senza sapere la sua posizione, la schermatura e la durata non si può convertire l’una nell’altra.
06 · Unità vicine
Il röntgen è il primo gradino di una catena di quattro grandezze: attività della sorgente, ionizzazione dell’aria, energia assorbita e danno atteso. Ogni gradino successivo richiede un nuovo calcolo.
la stessa grandezza nel SI
ionizzazione dell’aria
energia nella materia
Fra le schede di Simetrium stanno accanto il rad e il rem — i due gradini successivi della stessa catena, gray e sievert, che li hanno sostituiti, coulomb della definizione odierna, e becquerel s curie per l’attività della sorgente.
07 · Parte storica
La dose si misurava dall’ustione e dal colore di una pastiglia
Il primo dosimetro fu una pastiglia di platinocianuro di bario che passava dal verde all’arancione. Il medico la posava accanto al paziente e interrompeva la seduta quando la tinta raggiungeva il campione sul cartoncino. L’esattezza dipendeva dall’illuminazione dello studio e dall’occhio del medico.
Un’altra misura era la dose eritema: quella che provocava un arrossamento duraturo della pelle. Dipendeva dalla persona, dalla zona del corpo e dalla durata dell’irradiazione, variando del doppio tra pazienti e del quintuplo tra cliniche.
Il Secondo Congresso internazionale di radiologia adottò il röntgen: la carica prodotta in un centimetro cubo d’aria secca in condizioni normali. La grandezza divenne misurabile con uno strumento e riproducibile in qualunque laboratorio del mondo.
La definizione fu riformulata in coulomb e chilogrammi, e poi il sistema di unità passò al gray, che misura l’energia direttamente nella materia. Il röntgen uscì dall’uso e sopravvive solo sulle scale degli strumenti e nei racconti di vecchi incidenti, dove tutte le cifre sono scritte in esso.
L’unica grandezza definita attraverso una sostanza estranea
Per un metrologo il röntgen è costruito in modo strano: descrive la radiazione attraverso la reazione dell’aria, che con la faccenda non c’entra nulla. La ragione è storica: nel 1928 si sapeva misurare la ionizzazione di un gas con un errore di frazioni di percento, e l’energia depositata nel tessuto non si sapeva misurare affatto. Il prezzo di quella precisione fu doppio. Primo, l’unità si applica solo alla radiazione X e gamma e solo fino a energie di circa tre megaelettronvolt: oltre, gli elettroni secondari sfuggono al volume misurato e si rompe l’equilibrio su cui poggia la definizione. Secondo, tra l’esposizione e la dose nella persona si interpone un calcolo, che dipende dallo spettro della radiazione e da quale organo si consideri: per il tessuto molle il passaggio dà un fattore di circa 1,1; per l’osso alle basse energie, fino a quattro. È proprio questo gradino in più ad avere deciso la sorte dell’unità: il gray e il sievert misurano direttamente ciò che interessa al medico. Al röntgen è però rimasto un vantaggio che i suoi successori non hanno: la camera ad aria libera realizza la sua definizione alla lettera, a partire dalla geometria e dalla carica, e per questo i campioni nazionali di dosimetria si costruiscono ancora oggi attorno a quella architettura, e solo dopo si convertono in gray.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e quelle unità fuori dal SI di cui non fanno a meno né la tecnica né la vita quotidiana. Ognuna ha la sua scheda: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 36 lingue.
Unità fuori dal SI
la scheda del röntgen è apertaUnità di base del SI
in ocra quelle di cui è fatto il coulomb al chilogrammoI quattro gradini delle grandezze radiologiche
sorgente · aria · materia · organismoLingua della scheda
36 lingue. Il simbolo R è riconosciuto ovunque; ciò che si traduce sono i nomi degli strumenti e delle grandezze e le spiegazioni delle scale.