Рентген
Внесистемная единица · величина: экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения
01 · Определение
Рентген — доза рентгеновского или гамма-излучения, создающая в килограмме сухого воздуха заряд в 2,58·10⁻⁴ кулона каждого знака. Единица описывает не тело и не вещество, а способность излучения ионизировать воздух.
Выбор воздуха не случаен: в 1928 году измерить ионизацию газа умели, а вложенную в ткань энергию — нет. Заряд собирается на электродах и считается точно, поэтому величина сразу получилась воспроизводимой. Расплата за это — узкие границы применимости: рентген определён только для рентгеновского и гамма-излучения, только в воздухе и только до энергий около трёх мегаэлектронвольт. Для альфа- и бета-частиц он не имеет смысла вовсе, а чтобы узнать дозу в человеке, показание приходится умножать на переходный коэффициент: один рентген даёт в воздухе 8,76 миллигрея, а в мягкой ткани примерно 9,6.
Мягкая ткань поглощает рентгеновские лучи чуть охотнее воздуха, поэтому при одинаковой экспозиции получает примерно на десять процентов больше энергии. С костью разрыв доходит до четырёх раз на низких энергиях — там работает кальций с его большим атомным номером. Отсюда правило дозиметрии: измеренная в воздухе экспозиция превращается в дозу органа только через расчёт, учитывающий и вещество, и спектр излучения, и геометрию облучения. Именно эта лишняя ступень и заставила в конце концов перейти от рентгена к грею, который измеряет вложенную энергию прямо в том веществе, о котором идёт речь.
02 · Пересчёт
Введите дозу — паспорт переведёт её в воздух и в ткань
Связь с кулоном на килограмм точная по определению. Всё остальное — переход из воздуха в вещество, и он зависит от того, о каком веществе речь.
Рентген формально отменён: в России его исключили из допустимых к применению ещё в восьмидесятые, оставив переходный период, а международная система заменила его кулоном на килограмм, который так и не прижился — им никто не пользуется. При этом микрорентген в час пережил обе реформы и стоит на шкале почти любого бытового дозиметра, потому что в этих единицах написаны все советские нормативы и все привычные ориентиры. Единственное, что нужно помнить, читая такой прибор: сто микрорентген в час — это примерно один микрозиверт в час.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| Р | рентген, экспозиционная доза | 1 | приборы и старые нормативы |
| Кл/кг | кулон на килограмм, единица СИ | 0 | определение, но не практика |
| мкКл/кг | микрокулон на килограмм | 258 | удобная форма записи |
| Гр в воздухе | поглощённая доза в воздухе | 0,009 | калибровка приборов |
| мГр в ткани | поглощённая доза в мягкой ткани | 9,6 | медицина и защита |
| мЗв | эквивалентная доза для гаммы | 9,6 | нормирование сегодня |
Доза в ткани посчитана по переходному коэффициенту 0,0096 грея на рентген, верному для мягких тканей и энергий рентгеновской трубки. Эквивалентная доза совпадает с поглощённой, потому что для рентгеновского и гамма-излучения взвешивающий коэффициент равен единице
03 · Порядки величин
мощность дозы: от фона до развала реактораДесять микрорентген в час: природный фон
04 · Приборы измерения
Чем меряют рентгены
Первичный эталон: пучок проходит между пластинами, а собирающий электрод очерчивает объём воздуха, известный из чертежа с точностью до микрометров. Прибор не нуждается в поверке по другому прибору — он воспроизводит определение единицы буквально, и потому стоит в национальных метрологических институтах.
Рабочий прибор лучевой терапии: полость размером с горошину в стенке из вещества, эквивалентного воздуху. Её калибруют по эталонной камере и вводят прямо в фантом, чтобы измерить дозу в той точке, где будет опухоль.
Переносной прибор гражданской обороны со шкалой до двухсот рентген в час и выносным зондом. Именно такие приборы стояли на Чернобыльской станции в первые часы аварии: их предел в 3,6 рентгена в час означал не безопасность, а лишь то, что стрелка упёрлась в край шкалы.
Счётчик Гейгера считает импульсы, а показания выводит в микрорентгенах в час, потому что так привычнее покупателю. Прибор проградуирован по цезию-137, и на излучении другой энергии его показания уходят в разы — фон в подвале с радоном он занизит, а рядом с рентгеновским аппаратом завысит.
05 · Правила записи
Прописная и без склонения
Обозначение — прописная Р без точки, в латинице R. Слово в обозначении не склоняется: сто рентген, а не сто рентгенов. Единица названа по фамилии, поэтому в тексте пишется со строчной, а в обозначении с прописной.
Средняя запись путает дозу с её мощностью: микрорентген — это накопленная экспозиция, а прибор показывает микрорентгены в час, то есть скорость набора. Нижнее равенство верно лишь приблизительно и только для мягкой ткани и гамма-излучения: один рентген даёт в ней около 0,96 рада, то есть примерно, но не ровно один бэр. Отсюда же и главное ограничение единицы, которое стоит держать в голове при чтении старых документов: экспозиция описывает поле излучения в точке, а не то, что получил находившийся там человек, и без сведений о его положении, экранировании и длительности перевести одно в другое нельзя.
06 · Соседние единицы
Рентген — первая ступень в цепочке из четырёх величин: активность источника, ионизация воздуха, поглощённая энергия и ожидаемый вред. Каждая следующая требует нового расчёта.
та же величина в СИ
ионизация воздуха
энергия в веществе
Из паспортов Simetrium рядом стоят рад и бэр — следующие две ступени той же цепочки, грей и зиверт, пришедшие им на смену, кулон из современного определения и беккерель с кюри для активности источника.
07 · Исторический раздел
Дозу мерили по ожогу и по цвету таблетки
Первым дозиметром стала таблетка платиноцианистого бария, менявшая цвет от зелёного к оранжевому. Врач клал её рядом с пациентом и прекращал сеанс, когда оттенок доходил до образца на карточке. Точность зависела от освещения в кабинете и от глаза врача.
Другой мерой служила эритемная доза — та, что вызывала стойкое покраснение кожи. Величина зависела от человека, от участка тела и от длительности облучения, различаясь между пациентами вдвое, а между клиниками — впятеро.
Второй Международный конгресс радиологов принял рентген: заряд, создаваемый в кубическом сантиметре сухого воздуха при нормальных условиях. Величину стало возможно измерить прибором и воспроизвести в любой лаборатории мира.
Определение перевели на кулон и килограмм, а затем система единиц перешла к грею, измеряющему энергию прямо в веществе. Рентген вышел из обращения, оставшись лишь в шкалах приборов и в текстах о старых авариях, где все цифры записаны в нём.
Единственная величина, определённая через постороннее вещество
Рентген устроен странно для метролога: он описывает излучение через реакцию воздуха, который к делу отношения не имеет. Причина историческая — в 1928 году ионизацию газа умели измерять с погрешностью в доли процента, а вложенную в ткань энергию не умели вовсе. Плата за эту точность оказалась двойной. Во-первых, единица применима только к рентгеновскому и гамма-излучению и только до энергий около трёх мегаэлектронвольт: выше вторичные электроны улетают за пределы измеряемого объёма, и равновесие, на котором держится определение, нарушается. Во-вторых, между экспозицией и дозой в человеке стоит расчёт, и он зависит от спектра излучения и от того, какой орган рассматривать: для мягкой ткани переход даёт множитель около 1,1, для кости на низких энергиях — до четырёх. Именно эта лишняя ступень и решила судьбу единицы: грей и зиверт измеряют то, что интересует врача, напрямую. Но у рентгена осталось преимущество, которого нет у наследников, — свободновоздушная камера воспроизводит его определение буквально, из геометрии и заряда, поэтому национальные эталоны дозиметрии до сих пор строятся вокруг этой конструкции, а уже от неё пересчитываются в греи.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 36 языках.
Внесистемные единицы
открыт паспорт рентгенаБазовые единицы СИ
охрой — те, из которых собран кулон на килограммЧетыре ступени радиационных величин
источник · воздух · вещество · организмЯзык паспорта
36 языков. Обозначение Р международно узнаваемо; переводятся названия приборов, величин и пояснения к шкалам.