伦琴
非 SI 单位 · 量:X 射线与伽马射线的照射量
01 · 定义
伦琴是指在一千克干燥空气中产生每种符号 2.58·10⁻⁴ 库仑电荷的 X 射线或伽马射线的量。这个单位描述的既不是物体也不是物质,而是辐射使空气电离的能力。
选择空气并非偶然:1928 年人们已能测量气体的电离,却完全测不出传给组织的能量。电荷聚集在电极上,可以精确计数,因此这个量从一开始就是可重复的。代价是适用范围狭窄:伦琴只对 X 射线和伽马射线定义,只在空气中,而且只到约三兆电子伏。对阿尔法粒子和贝塔粒子它毫无意义;若要知道人体所受的剂量,读数还须乘上转换系数:一伦琴在空气中给出8.76 毫戈瑞,在软组织中约为 9.6。
软组织比空气稍微更容易吸收 X 射线,因此在同样的照射量下多得到约一成能量。对骨骼而言,低能区的差距可达四倍——那里起作用的是原子序数很大的钙。由此产生了剂量学的规则:在空气中测得的照射量,只有经过计入物质、辐射谱和照射几何的计算,才会变成器官剂量。正是这多出来的一级,最终迫使人们从伦琴转向戈瑞——戈瑞直接在所讨论的那种物质之中测量传入的能量。
02 · 换算
输入一个剂量,本页会分别为空气和组织换算
与库仑每千克的关系按定义是精确的。其余一切都是从空气到物质的过渡,而这取决于所说的是哪一种物质。
伦琴已被正式废止:在俄罗斯,早在八十年代它就被从允许使用的单位中剔除,只留下过渡期;国际单位制则以库仑每千克取而代之,而后者始终没有扎根——没有人使用。相反,微伦琴每小时挺过了两次变革,至今仍印在几乎每一台家用剂量仪的刻度上,因为所有苏联时期的规范和一切熟悉的参照点都是用这个单位写成的。读这类仪器时只需记住一点:一百微伦琴每小时大约等于一微希沃特每小时。
| 单位 | 名称 | 数值 | 在哪里遇到 |
|---|---|---|---|
| R | 伦琴,照射量 | 1 | 仪器与旧规范 |
| C/kg | 库仑每千克,SI 单位 | 0 | 是定义,却不是实务 |
| µC/kg | 微库仑每千克 | 258 | 便于书写的形式 |
| 空气中的 Gy | 空气中的吸收剂量 | 0.009 | 仪器的校准 |
| 组织中的 mGy | 软组织中的吸收剂量 | 9.6 | 医学与辐射防护 |
| mSv | 伽马射线的当量剂量 | 9.6 | 今天的规范 |
组织剂量按每伦琴 0.0096 戈瑞的转换系数计算,该系数适用于软组织和X 光管的能量。当量剂量与吸收剂量相同,因为 X 射线和伽马射线的权重因子等于一
03 · 数量级
剂量率:从本底到反应堆的废墟每小时十微伦琴:天然本底
04 · 测量仪器
用什么测量伦琴
基准器:射束从极板之间穿过,收集电极则圈定一段空气体积,其大小由图纸精确到微米。这台仪器不需要用另一台仪器来校准——它逐字地复现单位的定义,因此安放在各国计量院。
放射治疗的工作仪器:在空气等效材料的壁中留出一个豌豆大小的空腔。它以标准电离室校准,直接插入模体,以测量肿瘤将要所在那一点的剂量。
民防用的便携仪器,刻度到每小时二百伦琴,探头外接。事故最初几个小时里,切尔诺贝利电站现场就是这类仪器:它们每小时 3.6 伦琴的上限并不意味着安全,只说明指针已经顶到刻度的尽头。
盖革计数管数的是脉冲,显示出来的却是微伦琴每小时,因为买家习惯这样看。仪器按铯 137 刻度,遇到其他能量的光子,读数会偏离好几倍——在积氡的地下室里偏低,在 X 光机旁边偏高。
05 · 书写规则
符号用大写,名称用小写
符号是不带点的大写 R。这个单位以人名命名,因此在正文中名称用小写,而且数词之后形式不变——一百伦琴;符号则始终保持大写不变。
中间那一行把剂量和它的率搞混了:微伦琴是累积的照射量,而仪器显示的是微伦琴每小时,也就是累积的速度。下面那个等号只是近似成立,而且只对软组织和伽马射线成立:在那里一伦琴给出约 0.96 拉德,即大约、但不恰好等于一雷姆。由此也引出这个单位最主要的局限,读旧文件时值得记住:照射量描述的是某一点上的辐射场,而不是站在那里的人所受到的量;不知道他的位置、屏蔽和停留时间,就无法把一个换算成另一个。
07 · 历史部分
剂量曾经靠灼伤和药片的颜色来量
最早的剂量计是一片氰亚铂酸钡药片,颜色由绿转橙。医生把它放在病人旁边,等色调达到卡片上的样本时就停止照射。准确程度取决于诊室的光线和医生的眼力。
另一种尺度是红斑剂量,即引起皮肤持久发红的剂量。它取决于人、取决于身体部位、取决于照射时间,病人之间相差两倍,医院之间相差五倍。
第二届国际放射学大会通过了伦琴:在标准条件下一立方厘米干燥空气中产生的电荷。这个量从此可以用仪器测量,并在世界上任何一间实验室里重现。
定义被改写为库仑和千克,随后单位制转向戈瑞——它直接在物质之中测量能量。伦琴退出了流通,只留在仪器的刻度上,以及那些数字全用它写成的旧事故记述里。
唯一一个通过无关物质来定义的量
在计量学家看来,伦琴的构造很古怪:它通过空气的反应来描述辐射,而空气与这件事本身毫无关系。原因是历史性的——1928 年人们已能把气体的电离测到百分之几的零头,却完全测不出传给组织的能量。这份精确的代价是双重的。其一,这个单位只适用于 X 射线和伽马射线,而且只到约三兆电子伏:再往上,次级电子会飞出被测体积,定义所依赖的平衡就被破坏。其二,照射量与人体所受剂量之间隔着一次计算,而这次计算取决于辐射谱,也取决于考察的是哪个器官:软组织的换算系数约为 1.1,骨骼在低能区可达四。正是这多出的一级决定了这个单位的命运:戈瑞和希沃特直接测量医生关心的东西。可伦琴仍保有一项后继单位所没有的长处——自由空气电离室从几何与电荷出发,逐字地复现它的定义;因此各国的剂量学基准至今仍围绕这一结构建立,再从它换算到戈瑞。
目录 · 计量单位
每个量一页
SI 的七个基本单位、二十二个有专门名称的导出单位,以及技术与日常都离不开的非 SI 单位。每一个都有自己的一页:定义、换算、测量仪器、书写规则。共 36 种语言。
非国际制单位
伦琴的数据页正打开着SI 基本单位
赭色的是组成库仑每千克的那几个单位辐射量的四个层级
源 · 空气 · 物质 · 生物体本页的语言
36 种语言。符号 R 在各地都能认出;翻译的是仪器与量的名称,以及刻度旁的说明。