Gray
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: geabsorbeerde dosis van ioniserende straling
01 · Definitie
Eén gray is een joule energie van ioniserende straling, opgenomen door een kilogram stof. De grootheid is zuiver energetisch: zij weet niets van de stralingssoort, noch of er levend weefsel dan wel een loden plaat voor haar ligt.
Er zit hier verrassend weinig energie in. Een dosis van vier gray, dodelijk voor de mens, verwarmt het lichaam met ongeveer een duizendste graad — evenveel als een seconde gloeilamp. Het gevaar komt niet van de warmte maar van de wijze van bezorging: straling scheurt moleculen één voor één, en een gebroken DNA-streng herstelt niet doordat de energie gering was. Daarom spreken radiologen van gray en niet van graden.
Een gammakwant strooit zijn energie over een lange weg in schaarse ionisaties; een alfadeeltje legt dezelfde energie in enkele micrometers af. De gray telt alleen het totaal — daarom laat dezelfde dosis geheel andere schade achter, en daarom bestaat de sievert ernaast.
02 · Omrekening
Voer een dosis in — het blad splitst haar uit per eenheid
De rad hield zich in de geneeskunde tot in de jaren negentig en duikt nog op in Amerikaanse protocollen. De röntgen meet niet de dosis in weefsel maar de ionisatie van lucht, daarom is de omrekening voorwaardelijk: de coëfficiënt hangt af van de energie van de straling en van het bestraalde weefsel.
De rad verscheen in 1953 als «radiation absorbed dose» en werd op honderd erg per gram gezet — dicht bij de dosis die één röntgen in zacht weefsel achterlaat. Toen in 1975 de gray kwam, viel de verhouding de andere kant op onhandig uit: honderd rad op een gray. Amerikaanse klinieken deden er bijna twintig jaar over, en oude dossiers dragen beide notaties naast elkaar.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|---|
| Gy | gray, de SI-eenheid | 2 | radiotherapie, dosimetrie |
| mGy | milligray | 2000 | diagnostiek, tomografie |
| µGy | microgray | 2 000 000 | foto’s, natuurlijke achtergrond |
| kGy | kilogray | 0,002 | sterilisatie, voedselbehandeling |
| J/kg | joule per kilogram | 2 | de definitie van de eenheid |
| Gy·kg | energie op 70 kg lichaam | 140 | totale geabsorbeerde energie |
| rad | radiation absorbed dose, 1953 | 200 | VS tot in de jaren 1990, oude dossiers |
| mrad | millirad | 200 000 | persoonsdosimetrie |
| erg/g | erg per gram | 20 000 | de oorspronkelijke formulering van de rad |
| R | röntgen in lucht, bij benadering | 227,27 | ionisatie van lucht, niet van weefsel |
| rem | biologisch equivalent, bij een factor 1 | 200 | de tegenhanger van de sievert in oude normen |
| Gy | gray | 2 | de huidige eenheid |
De gray telt de aan de stof afgegeven energie. De schade aan de gezondheid is al de sievert: dezelfde dimensie, maar met een correctie voor de stralingssoort.
03 · Ordes van grootte
van de tandröntgenfoto tot de industriële bestralerTwee gray: één enkele fractie radiotherapie
04 · Meetinstrumenten
Waarmee de geabsorbeerde dosis wordt gemeten
Het enige apparaat dat de dosis rechtstreeks volgens de definitie meet: een bestraald blok grafiet warmt op, en een thermometer vangt de stijging in microkelvins. De primaire standaard van nationale laboratoria, die meer bescherming tegen tocht nodig heeft dan tegen straling.
Het werkinstrument van de kliniek: een vingerhoedkamer in een waterfantoom verzamelt de door de straling gemaakte lading en berekent daaruit de dosis. Haar aflezingen zijn via een keten van ijkingen aan de calorimeter gebonden, en de wanden kiest men zo dat de kamer als water antwoordt.
Een kristal van lithiumfluoride onthoudt de dosis door losgeslagen elektronen in roosterfouten vast te houden. Verhit tot driehonderd graden geeft het ze terug als licht, waarvan de helderheid evenredig is met de dosis. Zulke tabletten dragen medewerkers van klinieken en centrales op de jas.
De gel polymeriseert daar waar de dosis kwam, en het bestraalde volume wordt daarna door een scanner uitgelezen: er ontstaat een driedimensionale kaart. Radiochrome film doet hetzelfde in een vlak en zwart direct onder de bundel zonder enige ontwikkeling — daarmee controleert men ingewikkelde bestralingsplannen.
05 · Schrijfregels
Gy is energie, Sv is risico
Het symbool schrijft men met een hoofdletter G en een kleine y. Een dosis in gray slaat altijd op een bepaald orgaan of volume: «tweeduizend gray op de tumor» betekent niets zonder het orgaan te noemen. In de radiotherapie noteert men de dosis samen met het aantal fracties.
De sievert en de gray delen één dimensie, ze kunnen dus zonder rekenfout verwisseld worden — en juist daarom stond de SI-brochure beide grootheden een eigen naam toe. De regel is eenvoudig: de aan de stof afgegeven energie is gray; de schade aan de gezondheid, gewogen naar stralingssoort, is sievert. Het dosistempo schrijft men als Gy/s of Gy/min.
06 · Naburige eenheden
Het stralingsdrietal loopt als een keten: de becquerel telt vervallen in de bron, de gray de energie die de stof bereikte, de sievert de verwachte schade. Elke volgende stap vraagt gegevens die de vorige niet draagt.
De wegingsfactor is één voor röntgen-, gammastraling en elektronen, twintig voor alfadeeltjes en vijf tot twintig voor neutronen naargelang de energie. Van de Simetrium-bladen grenzen aan de gray de becquerel, de sievert, de joule en de kilogram waaruit hij is opgebouwd, en de curie de fiches van Simetrium grenzen aan de gray becquerel, sievert, joule en kilogram, waaruit hij is opgebouwd, en curie met de röntgen in het historische deel.
07 · Historisch deel
Hoe men leerde te meten wat niet te zien is
De eerste maat van blootstelling was de dosis die een zichtbare roodheid van de huid gaf. De arts bestraalde de patiënt tot erytheem verscheen, en dat gold als eenheid. De drempel hing af van de mens, van de energie van de buis en van hoe lang de arts keek.
De eerste natuurkundige eenheid: de hoeveelheid ionisatie die straling in een kubieke centimeter lucht maakt. Objectief en herhaalbaar — maar zij meet de lucht en niet de patiënt, en geldt alleen voor röntgen- en gammastraling.
De commissie voor radiologische eenheden voerde de rad in — honderd erg per gram. De grootheid beschreef eindelijk wat er in weefsel gebeurt, en men koos haar dicht bij de dosis van één röntgen zodat artsen niet hoefden om te leren.
De Algemene Conferentie noemde de eenheid naar de Britse radiobioloog die werkte aan de werking van straling op weefsel en aan neutronentherapie. De gray is dezelfde rad, honderdvoudig vergroot tot de hele joule per kilogram.
De eenheid die bijna niemand rechtstreeks meet
De definitie van de gray vraagt een verwarming te meten, maar die verwarming is verdwijnend klein: twee therapeutische gray verwarmen weefsel met een half duizendste graad. De calorimeter redt het alleen omdat hij in een vacuümmantel staat en microkelvins opvangt, en de hele keten van de klinische dosimetrie hangt aan dat ene apparaat.
Catalogus · meeteenheden
Een fiche voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven het zonder stelt. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 18 talen.