Röntgen
Niet-SI-eenheid · grootheid: blootstelling aan röntgen- en gammastraling
01 · Definitie
De röntgen is de hoeveelheid röntgen- of gammastraling die in één kilogram droge lucht een lading van 2,58·10⁻⁴ coulomb van elk teken voortbrengt. De eenheid beschrijft geen lichaam en geen stof, maar het vermogen van de straling om lucht te ioniseren.
De keuze voor lucht was niet toevallig: in 1928 kon men de ionisatie van een gas meten, maar de in weefsel afgegeven energie niet. De lading wordt op elektroden verzameld en nauwkeurig geteld, waardoor de grootheid meteen reproduceerbaar was. De prijs zijn nauwe grenzen van toepasbaarheid: de röntgen is alleen gedefinieerd voor röntgen- en gammastraling, alleen in lucht en alleen tot energieën van ongeveer drie megaelektronvolt. Voor alfa- en bètadeeltjes heeft ze geen enkele betekenis, en om de dosis in een mens te kennen moet de meting met een omrekenfactor worden vermenigvuldigd: één röntgen geeft 8,76 milligray in lucht en ongeveer 9,6 in zacht weefsel.
Zacht weefsel absorbeert röntgenstralen iets gretiger dan lucht en krijgt bij dezelfde blootstelling dus ongeveer tien procent meer energie. Bij bot loopt het verschil bij lage energieën op tot een factor vier — daar doet calcium met zijn hoge atoomnummer het werk. Vandaar de regel van de dosimetrie: een in lucht gemeten blootstelling wordt pas een orgaandosis via een berekening die rekening houdt met de stof, het spectrum van de straling en de geometrie van de bestraling. Juist die extra trede heeft uiteindelijk de overstap van de röntgen naar de gray afgedwongen, die de afgegeven energie rechtstreeks meet in de stof waar het om gaat.
02 · Omrekening
Voer een dosis in — het blad rekent haar om voor lucht en weefsel
Het verband met de coulomb per kilogram is per definitie exact. Al het overige is de overgang van lucht naar een stof, en die hangt af van welke stof bedoeld wordt.
De röntgen is formeel afgeschaft: in Rusland werd ze al in de jaren tachtig uit de toegestane eenheden geschrapt, met een overgangsperiode, en het internationale stelsel verving haar door de coulomb per kilogram, die nooit is aangeslagen — niemand gebruikt hem. De microröntgen per uur overleefde daarentegen beide hervormingen en staat op de schaal van vrijwel elke consumentendosimeter, omdat alle Sovjetnormen en alle vertrouwde ijkpunten in die eenheid zijn opgeschreven. Bij het aflezen van zo’n toestel hoeft men maar één ding te onthouden: honderd microröntgen per uur is ongeveer één microsievert per uur.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|---|
| R | röntgen, blootstelling | 1 | instrumenten en oude normen |
| C/kg | coulomb per kilogram, de SI-eenheid | 0 | de definitie, maar niet de praktijk |
| µC/kg | microcoulomb per kilogram | 258 | een handige schrijfwijze |
| Gy in lucht | geabsorbeerde dosis in lucht | 0,009 | kalibratie van instrumenten |
| mGy in weefsel | geabsorbeerde dosis in zacht weefsel | 9,6 | geneeskunde en stralingsbescherming |
| mSv | equivalente dosis voor gammastraling | 9,6 | de huidige regelgeving |
De weefseldosis is berekend met een omrekenfactor van 0,0096 gray per röntgen, geldig voor zacht weefsel en energieën van een röntgenbuis. De equivalente dosis valt samen met de geabsorbeerde, omdat de wegingsfactor voor röntgen- en gammastraling gelijk is aan één
03 · Ordes van grootte
dosistempo: van de achtergrond tot de puinhoop van de reactorTien microröntgen per uur: natuurlijke achtergrond
04 · Meetinstrumenten
Waarmee röntgens worden gemeten
De primaire standaard: de bundel loopt tussen de platen door terwijl de verzamelelektrode een luchtvolume omgrenst dat uit de tekening tot op micrometers bekend is. Het toestel hoeft niet tegen een ander toestel geijkt te worden — het realiseert de definitie van de eenheid letterlijk, en staat daarom in de nationale metrologische instituten.
Het werkinstrument van de radiotherapie: een holte ter grootte van een erwt in een wand van luchtequivalent materiaal. Ze wordt tegen de standaardkamer geijkt en rechtstreeks in een fantoom gebracht, om de dosis te meten op de plek waar de tumor zal zitten.
Een draagbaar toestel van de civiele bescherming met een schaal tot tweehonderd röntgen per uur en een losse sonde. Precies zulke toestellen stonden in de eerste uren van het ongeval in de centrale van Tsjernobyl: hun grens van 3,6 röntgen per uur betekende geen veiligheid, maar alleen dat de naald tegen het einde van de schaal aan liep.
Een geigerteller telt pulsen, maar toont ze in microröntgen per uur, omdat de koper dat gewend is. Het toestel is met cesium-137 geijkt, en bij fotonen van andere energie lopen zijn waarden hele factoren uiteen: in een kelder met radon zal het te weinig aanwijzen, naast een röntgentoestel te veel.
05 · Schrijfregels
Hoofdletter in het symbool, kleine letter in de naam
Het symbool is een hoofdletter R zonder punt. De eenheid is naar een persoon genoemd: in lopende tekst wordt de naam met een kleine letter geschreven en krijgt een meervoud — honderd röntgens —, terwijl het symbool onveranderlijk blijft en de hoofdletter houdt.
De middelste regel haalt een dosis en haar tempo door elkaar: de microröntgen is opgebouwde blootstelling, terwijl het toestel microröntgen per uur toont, dus de snelheid waarmee ze zich opbouwt. De onderste gelijkheid geldt slechts bij benadering en alleen voor zacht weefsel en gammastraling: daar geeft één röntgen ongeveer 0,96 rad, dus bij benadering, maar niet precies, één rem. Hieruit volgt ook de belangrijkste beperking van de eenheid, die men bij het lezen van oude documenten in gedachten moet houden: blootstelling beschrijft het stralingsveld in een punt, niet wat de persoon die daar stond heeft ontvangen, en zonder kennis van zijn positie, afscherming en verblijfsduur laat het een zich niet in het ander omrekenen.
06 · Naburige eenheden
De röntgen is de eerste trede in een keten van vier grootheden: activiteit van de bron, ionisatie van de lucht, geabsorbeerde energie en verwachte schade. Elke volgende trede vraagt een nieuwe berekening.
dezelfde grootheid in het SI
ionisatie van lucht
energie in de stof
Van de fiches van Simetrium staan ernaast de rad en de rem — de volgende twee treden van dezelfde keten, gray en sievert, die hen hebben vervangen, coulomb uit de huidige definitie, en becquerel s curie voor de activiteit van de bron.
07 · Historisch deel
De dosis werd gemeten aan de brandwond en aan de kleur van een tablet
De eerste dosimeter was een tablet bariumplatinacyanide dat van groen naar oranje verkleurde. De arts legde het naast de patiënt en brak de sessie af zodra de tint het monster op de kaart bereikte. De nauwkeurigheid hing af van het licht in de kamer en van het oog van de arts.
Een andere maat was de erytheemdosis — die welke een blijvende roodheid van de huid veroorzaakte. Ze hing af van de persoon, van de plek op het lichaam en van de duur van de bestraling, en verschilde tussen patiënten een factor twee en tussen klinieken een factor vijf.
Het Tweede Internationale Radiologencongres nam de röntgen aan: de lading die in één kubieke centimeter droge lucht onder normale omstandigheden wordt voortgebracht. De grootheid werd meetbaar met een instrument en reproduceerbaar in elk laboratorium ter wereld.
De definitie werd omgezet naar coulomb en kilogram, en daarna stapte het eenhedenstelsel over op de gray, die de energie rechtstreeks in de stof meet. De röntgen raakte buiten gebruik en bleef alleen op de schalen van instrumenten en in verhalen over oude ongevallen, waar alle getallen erin zijn opgeschreven.
De enige grootheid die via een vreemde stof is gedefinieerd
Voor een metroloog zit de röntgen vreemd in elkaar: ze beschrijft de straling via de reactie van lucht, die met de zaak niets te maken heeft. De reden is historisch — in 1928 kon men de ionisatie van een gas tot op een fractie van een procent meten, en de in weefsel afgegeven energie helemaal niet. De prijs van die nauwkeurigheid was dubbel. Ten eerste geldt de eenheid alleen voor röntgen- en gammastraling en alleen tot energieën van ongeveer drie megaelektronvolt: daarboven ontsnappen de secundaire elektronen aan het gemeten volume en breekt het evenwicht waarop de definitie rust. Ten tweede staat tussen blootstelling en de dosis in de mens een berekening, die afhangt van het spectrum van de straling en van welk orgaan men beschouwt: voor zacht weefsel geeft de overgang een factor van ongeveer 1,1, voor bot bij lage energieën tot vier. Juist die extra trede besliste het lot van de eenheid: gray en sievert meten rechtstreeks wat de arts interesseert. Maar de röntgen behield een voordeel dat haar opvolgers missen — de vrijeluchtkamer realiseert haar definitie letterlijk, uit geometrie en lading, en daarom worden de nationale dosimetriestandaarden tot op vandaag rond die constructie gebouwd en pas daarna naar gray omgerekend.
Catalogus · meeteenheden
Een blad voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam, en die niet-SI-eenheden waar techniek noch dagelijks leven buiten kan. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 36 talen.
Niet-SI-eenheden
het röntgenblad is geopendSI-basiseenheden
in oker — die waaruit de coulomb per kilogram is opgebouwdDe vier treden van de stralingsgrootheden
bron · lucht · stof · organismeTaal van het blad
36 talen. Het symbool R wordt overal herkend; vertaald worden de namen van instrumenten en grootheden en de toelichting bij de schalen.