Rentgen
Jednostka spoza SI · wielkość: dawka ekspozycyjna promieniowania rentgenowskiego i gamma
01 · Definicja
Rentgen to taka ilość promieniowania rentgenowskiego lub gamma, która w jednym kilogramie suchego powietrza wytwarza ładunek 2,58·10⁻⁴ kulomba każdego znaku. Jednostka opisuje nie ciało i nie substancję, lecz zdolność promieniowania do jonizowania powietrza.
Wybór powietrza nie był przypadkowy: w 1928 roku umiano zmierzyć jonizację gazu, ale energii oddanej tkance nie umiano wcale. Ładunek zbiera się na elektrodach i liczy dokładnie, dlatego wielkość od razu okazała się odtwarzalna. Ceną są wąskie granice stosowalności: rentgen zdefiniowano tylko dla promieniowania rentgenowskiego i gamma, tylko w powietrzu i tylko do energii około trzech megaelektronowoltów. Dla cząstek alfa i beta nie ma sensu w ogóle, a żeby poznać dawkę w człowieku, wskazanie trzeba pomnożyć przez współczynnik przejścia: jeden rentgen daje w powietrzu 8,76 miligreja, a w tkance miękkiej około 9,6.
Tkanka miękka pochłania promieniowanie rentgenowskie nieco chętniej niż powietrze, więc przy tej samej dawce ekspozycyjnej otrzymuje około dziesięciu procent energii więcej. Przy kości różnica sięga czterech razy przy niskich energiach — tam działa wapń ze swoją wysoką liczbą atomową. Stąd zasada dozymetrii: zmierzona w powietrzu dawka ekspozycyjna staje się dawką narządową dopiero po obliczeniu uwzględniającym substancję, widmo promieniowania i geometrię napromienienia. Właśnie ten dodatkowy szczebel ostatecznie kazał przejść od rentgena do greja, który mierzy oddaną energię wprost w tej substancji, o którą chodzi.
02 · Przeliczanie
Wpisz dawkę — karta przeliczy ją dla powietrza i dla tkanki
Związek z kulombem na kilogram jest dokładny z definicji. Cała reszta to przejście z powietrza do substancji, a to zależy od tego, o jaką substancję chodzi.
Rentgen został formalnie zniesiony: w Rosji wykreślono go z jednostek dopuszczonych już w latach osiemdziesiątych, z okresem przejściowym, a układ międzynarodowy zastąpił go kulombem na kilogram, który nigdy się nie przyjął — nikt go nie używa. Mikrorentgen na godzinę przetrwał natomiast obie reformy i widnieje na skali niemal każdego dozymetru domowego, bo w tej jednostce spisano wszystkie normy radzieckie i wszystkie znajome punkty odniesienia. Czytając taki przyrząd, trzeba pamiętać tylko jedno: sto mikrorentgenów na godzinę to mniej więcej jeden mikrosiwert na godzinę.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| R | rentgen, dawka ekspozycyjna | 1 | przyrządy i dawne normy |
| C/kg | kulomb na kilogram, jednostka SI | 0 | definicja, ale nie praktyka |
| µC/kg | mikrokulomb na kilogram | 258 | wygodny sposób zapisu |
| Gy w powietrzu | dawka pochłonięta w powietrzu | 0,009 | wzorcowanie przyrządów |
| mGy w tkance | dawka pochłonięta w tkance miękkiej | 9,6 | medycyna i ochrona radiologiczna |
| mSv | dawka równoważna dla promieniowania gamma | 9,6 | dzisiejsze przepisy |
Dawkę w tkance policzono ze współczynnikiem przejścia 0,0096 greja na rentgen, słusznym dla tkanki miękkiej i energii lampy rentgenowskiej. Dawka równoważna pokrywa się z pochłoniętą, bo dla promieniowania rentgenowskiego i gamma współczynnik wagowy równa się jedności
03 · Rzędy wielkości
moc dawki: od tła do rozwalonego reaktoraDziesięć mikrorentgenów na godzinę: tło naturalne
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się rentgeny
Wzorzec pierwotny: wiązka przechodzi między płytami, a elektroda zbierająca wyznacza objętość powietrza znaną z rysunku co do mikrometrów. Przyrząd nie wymaga wzorcowania względem innego przyrządu — odtwarza definicję jednostki dosłownie i dlatego stoi w krajowych instytutach metrologicznych.
Przyrząd roboczy radioterapii: wnęka wielkości ziarnka grochu w ściance z materiału równoważnego powietrzu. Wzorcuje się ją względem komory wzorcowej i wprowadza wprost do fantomu, by zmierzyć dawkę w tym punkcie, w którym znajdzie się guz.
Przenośny przyrząd obrony cywilnej ze skalą do dwustu rentgenów na godzinę i sondą na wysięgniku. Właśnie takie przyrządy stały w elektrowni czarnobylskiej w pierwszych godzinach awarii: ich granica 3,6 rentgena na godzinę oznaczała nie bezpieczeństwo, lecz tylko to, że wskazówka oparła się o koniec skali.
Licznik Geigera liczy impulsy, ale wskazania podaje w mikrorentgenach na godzinę, bo tak jest wygodniej kupującemu. Przyrząd wywzorcowano cezem-137 i przy promieniowaniu o innej energii jego wskazania mylą się o całe czynniki — tło w piwnicy z radonem zaniży, a obok aparatu rentgenowskiego zawyży.
05 · Zasady zapisu
Wielka litera w oznaczeniu, mała w nazwie
Oznaczenie to wielkie R bez kropki. Jednostkę nazwano od nazwiska, więc w tekście nazwa idzie małą literą i odmienia się jak zwykły rzeczownik — sto rentgenów — natomiast samo oznaczenie pozostaje niezmienne i wielką literą.
Środkowy zapis myli dawkę z jej mocą: mikrorentgen to nagromadzona dawka ekspozycyjna, a przyrząd pokazuje mikrorentgeny na godzinę, czyli szybkość jej narastania. Dolna równość jest prawdziwa tylko w przybliżeniu i tylko dla tkanki miękkiej i promieniowania gamma: jeden rentgen daje w niej około 0,96 rada, czyli mniej więcej, ale nie dokładnie jeden rem. Stąd też najważniejsze ograniczenie jednostki, o którym warto pamiętać przy czytaniu dawnych dokumentów: dawka ekspozycyjna opisuje pole promieniowania w punkcie, a nie to, co otrzymał stojący tam człowiek, i bez wiedzy o jego położeniu, osłonach i czasie przebywania jednego nie da się przeliczyć na drugie.
06 · Jednostki sąsiednie
Rentgen to pierwszy szczebel łańcucha czterech wielkości: aktywność źródła, jonizacja powietrza, energia pochłonięta i spodziewana szkoda. Każdy następny szczebel wymaga nowego obliczenia.
ta sama wielkość w SI
jonizacja powietrza
energia w substancji
Spośród kart Simetrium obok stoją rad i rem — dwa następne szczeble tego samego łańcucha, grej i siwert, które je zastąpiły, kulomb z dzisiejszej definicji, a także bekerel s kiur dla aktywności źródła.
07 · Część historyczna
Dawkę mierzono po oparzeniu i po barwie pastylki
Pierwszym dozymetrem była pastylka platynocyjanku baru, która zmieniała barwę z zielonej na pomarańczową. Lekarz kładł ją obok pacjenta i przerywał seans, gdy odcień doszedł do wzorca na karcie. Dokładność zależała od oświetlenia gabinetu i od oka lekarza.
Inną miarą była dawka rumieniowa — ta, która wywoływała trwałe zaczerwienienie skóry. Zależała od człowieka, od miejsca na ciele i od czasu napromieniania, różniąc się między pacjentami dwukrotnie, a między klinikami pięciokrotnie.
Drugi Międzynarodowy Kongres Radiologów przyjął rentgen: ładunek wytwarzany w jednym centymetrze sześciennym suchego powietrza w warunkach normalnych. Wielkość dało się odtąd zmierzyć przyrządem i odtworzyć w dowolnym laboratorium świata.
Definicję przełożono na kulomby i kilogramy, a potem układ jednostek przeszedł na grej, który mierzy energię wprost w substancji. Rentgen wyszedł z użycia i został tylko na skalach przyrządów oraz w opisach dawnych awarii, gdzie wszystkie liczby zapisano w nim.
Jedyna wielkość zdefiniowana przez obcą substancję
Dla metrologa rentgen jest dziwnie zbudowany: opisuje promieniowanie przez reakcję powietrza, które nie ma z rzeczą nic wspólnego. Powód jest historyczny — w 1928 roku umiano mierzyć jonizację gazu z błędem ułamków procenta, a energii oddanej tkance nie umiano wcale. Cena tej dokładności okazała się podwójna. Po pierwsze, jednostka stosuje się tylko do promieniowania rentgenowskiego i gamma i tylko do energii około trzech megaelektronowoltów: powyżej elektrony wtórne uciekają poza mierzoną objętość i równowaga, na której opiera się definicja, zostaje złamana. Po drugie, między dawką ekspozycyjną a dawką w człowieku stoi obliczenie, a ono zależy od widma promieniowania i od tego, o który narząd chodzi: dla tkanki miękkiej przejście daje mnożnik około 1,1, dla kości przy niskich energiach — nawet cztery. Właśnie ten dodatkowy szczebel przesądził o losie jednostki: grej i siwert mierzą wprost to, co interesuje lekarza. Rentgenowi została jednak przewaga, której następcy nie mają — komora wolnopowietrzna odtwarza jego definicję dosłownie, z geometrii i ładunku, dlatego krajowe wzorce dozymetrii do dziś buduje się wokół tej konstrukcji, a dopiero od niej przelicza na greje.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne o własnych nazwach i te jednostki spoza SI, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma własną kartę: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 36 językach.
Jednostki spoza SI
otwarta jest karta rentgenaJednostki podstawowe SI
ochrą — te, z których zbudowany jest kulomb na kilogramCztery szczeble wielkości radiacyjnych
źródło · powietrze · substancja · organizmJęzyk karty
36 języków. Oznaczenie R jest rozpoznawalne wszędzie; tłumaczy się nazwy przyrządów i wielkości oraz objaśnienia do skal.