13 SBD &9a DOSISBEGRIPPEN VOOR STRALINGSBESCHERMING Chris J. Huyskens

12

pag 1 / 13

/stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a

DOSISBEGRIPPEN VOOR STRALINGSBESCHERMING Chris J. Huyskens Als het menselijke lichaam aan ioniserende straling wordt blootgesteld, wordt de energie van die straling geheel of gedeeltelijk geabsorbeerd. De blootstelling wordt uitgedrukt in een getalwaarde voor de ‘stralingsdosis’. Om iets te kunnen zeggen en begrijpen over de betekenis van een ‘dosis’, moet men tenminste drie dingen weten: Allereerst moet duidelijk zijn welke dosisgrootheid wordt gebruikt om de blootstelling te karakteriseren. Bij metingen en berekeningen voor dosimetrie1 voor stralingsbescherming worden verschillende dosisbegrippen gebruikt, die elk hun eigen betekenis hebben. Ook moet altijd duidelijk zijn in welke eenheid de getalwaarde voor een dosis is uitgedrukt. Bij elke grootheid hoort steeds de eigen kenmerkende eenheid. Verder moet duidelijk zijn waar de dosis op slaat. Het moet bekend zijn op welke lichaamsdelen de dosis betrekking heeft. Het maakt verschil of er sprake is van blootstelling van het totale lichaam of dat de dosis betrekking heeft op afzonderlijke lichaamsdelen. Dosis in maat en getal Grofweg zijn er twee families van grootheden voor stralingsdosimetrie. Allereerst de zuiver fysische

begrippen die afstammen van de grootheid geabsorbeerde dosis. Daarnaast is er speciaal en alleen

voor stralingsbescherming een aparte groep van begrippen met gemengde fysische en biologische

kenmerken. Deze vormen de familie rond de equivalente dosis.

De fundamentele basisgrootheid om een stralingsdosis uit te drukken in maat en getal is de

geabsorbeerde dosis. Dit is een zuiver fysisch gedefinieerde dosisgrootheid waarmee wordt aangeduid

hoeveel stralingsenergie wordt geabsorbeerd op een bepaalde plaats binnen een bestraald object of

medium. Als de grootte van geabsorbeerde dosis binnen een bestraald object of medium bekend is,

dan is daarmee ook bekend wat de fysische en chemische gevolgeffecten zijn.

Omgekeerd geldt dat het meten van dosimetrische grootheden uit de familie van de geabsorbeerde

dosis berust op het meten van de fysische en chemische effecten in het bestraalde object of medium.

Bij de geabsorbeerde dosis en ook bij alle afgeleide grootheden die behoren tot dezelfde familie,

gebruikt men steeds dezelfde speciale dosiseenheid namelijk: een gray [afgekort Gy].

Hiervan zijn kleinere eenheden2 afgeleid zoals centigray [cGy]; milligray [mGy]; microgray [µGy],

nanogray [nGy] enzovoort.

Binnen het vakgebied stralingsbescherming wordt daarnaast ook gebruik gemaakt van speciale

varianten van het begrip dosis die gebaseerd zijn op het concept van de biologisch equivalente dosis.

In deze speciale dosisbegrippen wordt niet alleen de absorptie van stralingsenergie in rekening

gebracht, maar wordt er bovendien rekening gehouden met het feit dat verschillende stralingssoorten,

bij gelijke geabsorbeerde dosis, een verschillende biologische werkzaamheid kunnen hebben in

menselijk weefsel. Deze speciale dosisbegrippen zijn dan ook alleen bruikbaar als het gaat om

blootstelling van menselijk weefsel. En bovendien alleen wanneer het gaat om blootstelling aan lage

dosis in laag dosistempo.

Voor de dosisbegrippen uit de familie van de biologisch equivalente dosis, is een speciale eenheid

ingevoerd. Ze worden uitgedrukt in de eenheid sievert [afgekort Sv].

Ook hiervan bestaan de afgeleide kleinere eenheden zoals millisievert [mSv], microsievert [µSv] en

nanosievert [nSv].

1 2

Dosimetrie is de verzamelterm voor alles wat te maken heeft met het meten en berekenen van ‘dosis’. centi betekent éénhonderdste deel (10-2); milli is éénduizendste deel (10-3); micro is éénmiljoenste deel (10-6 ); nano is het éénmiljardste deel (10-9).

S:\SbdDICT\03-10009-8&9a dosisbegrippen.doc

SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a

dosisbegrippen voor stralingsbescherming

pag 2 / 13

In het alledaagse woordgebruik wordt vaak alleen gesproken over een dosis, zonder aanduiding van de betreffende dosisgrootheid. Wanneer getalwaarden voor een dosis worden genoemd moet men uit de gebruikte eenheid kunnen opmaken of het gaat om een dosisbegrip uit de familie van de biologische equivalente dosis, of dat het een dosisgrootheid betreft uit de familie van geabsorbeerde dosis. Wanneer men hierop bedacht is, hoeft het verkorte taalgebruik geen problemen op te leveren; immers de eenheid sievert hoort bij de eerste familie en de eenheid gray hoort bij de tweede. Voor een goede interpretatie van de betekenis van dosimetrie is het van cruciaal belang te weten wie of wat de dosis ontvangt. Zonder aanduiding van de ‘ontvanger of receptor’ van een ‘dosis’ zijn getallen betekenisloos. De aard en de omvang van fysische, chemische en biologische effecten die kunnen worden veroorzaakt door absorptie van straling zijn immers in hoge mate afhankelijk van de elementaire3 samenstelling en de eigenschappen van het bestraalde materiaal of weefsel. Juist bij dosimetrie voor stralingsbescherming is het van doorslaggevend belang om te weten waar de dosis op slaat. Er kan pas biologische betekenis aan dosisgetallen worden toegekend wanneer bekend is of het gaat om blootstelling van het totale lichaam of dat dosisgetallen betrekking hebben op bepaalde lichaamsdelen, organen of weefsels. Bij gelijke getalwaarden voor de fysische geabsorbeerde dosis binnen een bepaald orgaan of weefsel kan de aard en omvang van biologische effecten en ook de betekenis voor eventuele schade aan de gezondheid verschillend zijn, naargelang de biologische effectiviteit van de straling. Deze is verschillend naar gelang de soort straling en de energie van de straling. Vandaar dat men ook de stralingskwaliteit moet kennen. Om de gezondheidskundige betekenis van de bestraling van lichaamsweefsel te kunnen schatten en begrijpen, is er een speciaal dosisbegrip ingevoerd. Dit heet de equivalente dosis. Hierin zit niet alleen de fysische geabsorbeerde dosis in vervat, maar tevens ook de biologische betekenis van de stralingskwaliteit. Voor de equivalente dosis, is een speciale eenheid ingevoerd. Ze wordt uitgedrukt in de eenheid sievert [afgekort Sv]. Het is van groot belang om te beseffen dat bij bestraling van het menselijke lichaam, de dosisverdeling over de diverse organen en weefsels sterk kan variëren. Ook hierbij spelen de soort straling en de stralingsenergie een rol. Maar daarnaast hangt de inwendige dosisverdeling binnen het lichaam vooral af van de blootstellingomstandigheden. Feitelijk is alleen bij gelijkmatige uitwendige bestraling door ioniserende straling met een groot doordringend vermogen, sprake van een gelijkmatige dosisverdeling over organen en weefsels.4 De dosisverdeling over de organen is zeker niet homogeen wanneer het gaat om ongelijk verdeelde uitwendige bestraling of bij gedeeltelijke bestraling van bepaalde delen van het lichaam. Ook bij inwendige bestraling door radioactieve stoffen die zich in het lichaam bevinden, is de dosis per orgaan of weefsel sterk verschillend. Bij homogene dosisverdeling binnen het lichaam is het voldoende om de ‘globale lichaamsdosis’5 te kennen. Het getal voor de lichaamsdosis is dan immers hetzelfde als voor de afzonderlijke delen6. Om echter bij sterk ongelijke dosisverdeling over de afzonderlijke organen of weefsels toch uitspraken te kunnen doen over de globale betekenis van de blootstelling7, met het oog op eventuele nadelige effecten voor de gezondheid, is er behoefte aan een speciale dosisgrootheid die een maat is voor de ‘globale lichaamsdosis’.

3

4

5 6

7

De atoomsoorten in het ontvangende medium zijn bepalend voor de aard en omvang van de wisselwerking tussen ioniserende straling en materie. Dit geldt in de praktijk alleen voor gelijkmatige blootstelling in een uitgebreid stralingsveld van gammastraling en hoog energetische röntgenstraling. In het Engels wordt dit de ‘total body dose’ genoemd. Men kan een vergelijking maken met de lichaamstemperatuur. Als de temperatuur op verschillende plaatsen in het lichaam gelijk is, geldt dezelfde waarde als lichaamstemperatuur. Dit geldt in bijzonder voor het onderling vergelijken van blootstellingen onder verschillende omstandigheden en het beoordelen van blootstelling aan straling, in vergelijking met normen voor dosisbeperking.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 3 / 13

Als maat voor de globale dosis voor het ‘lichaam-als-geheel’ gebruiken we de effectieve dosis. Dit is geen direct meetbare dosisgrootheid, maar ze berust op een speciale rekenafspraak waarmee dosiswaarden van afzonderlijke organen en weefsels met elkaar worden gecombineerd tot een getalwaarde die aangeeft wat de biologische betekenis is voor het totale lichaam. De effectieve dosis is gedefinieerd als een gewogen8 gemiddelde van de equivalente doses in de afzonderlijke organen. De effectieve dosis behoort tot de familie van de equivalente dosis en daarom wordt een sievert als basiseenheid gebruikt. De gangbare eenheid in de praktische stralingsbescherming is het duizendste deel van een sievert ofwel een millisievert [afgekort: mSv]. Om de gezondheidskundige betekenis van blootstelling met lage doses in laag dosistempo te kunnen schatten en begrijpen, is het niet nodig om de equivalente dosis in afzonderlijke organen of weefsels steeds apart te kennen. De waarde voor de effectieve dosis geeft daarvoor voldoende informatie. Bij dosimetrie voor stralingsbescherming moet verschil gemaakt worden tussen uitwendige bestraling en inwendige bestraling9. Daarom bestaan er voor beide toepassingsgebieden specifieke varianten van de grootheden equivalente dosis en effectieve dosis. Deze zijn allemaal uitsluitend bedoeld voor dosimetrie voor stralingsbescherming, met het oog op bescherming tegen eventuele gezondheids schade door lage doses in laag tempo. Voor alle dosisbegrippen die zijn gebaseerd op de definitie van de equivalente dosis geldt de waarschuwing dat ze niet bruikbaar zijn wanneer het gaat om zeer hoge stralingsdoses, zoals bij stralingsongevallen of bij medische radiotherapie. Dit hangt samen met het feit dat de biologische werkzaamheid van straling bij hoge dosis en bij hoog dosistempo, anders is dan bij lage dosis en laag dosistempo. Geabsorbeerde dosis De vele verschillende mechanismen van wisselwerking tussen ioniserende straling en materie resulteren in geheel of gedeeltelijke absorptie, verstrooiing en transmissie van ioniserende straling. Bij absorptie wordt de energie van stralingsdeeltjes en de stralingsfotonen geheel of gedeeltelijk in de bestraalde materie opgenomen, waardoor allerhande fysische en chemische veranderingen (effecten) worden veroorzaakt. Bij verstrooiing verandert de richting waarin stralingsdeeltjes of fotonen zich voorplanten; Dit kan intern gebeuren op microscopische schaal binnen de bestraalde materie (interne atomaire verstrooiing) of op macroscopische schaal, specifiek op grensvlakken tussen materie van verschillende massieke dichtheid (terug verstrooiing) Met transmissie doelen we op het resterende deel van de invallende straling op een object dat niet door absorptie en terug verstrooiing wordt beïnvloed, maar wordt doorgelaten. De fundamentele basisgrootheid om een dosis uit te drukken in maat en getal is de geabsorbeerde dosis. Dit is een zuiver fysisch gedefinieerde dosisgrootheid waarmee wordt aangeduid hoeveel stralingsenergie wordt geabsorbeerd op een bepaalde plaats binnen een bestraald object of medium. In macroscopische betekenis is de geabsorbeerde dosis gelijk aan de waarde van de geabsorbeerde stralingsenergie [E] gedeeld door de massa [m] van het bestraalde materiaal. 10 De geabsorbeerde dosis wordt altijd aangeduid met het symbool D.

In formulevorm geldt : geabsorbeerde dosis =

geabsorbeerde energie massa

ofwel D =

E m

8

Een gewogen gemiddelde is niet hetzelfde als een rekenkundig gemiddelde. Bij een gewogen gemiddelde wordt rekening gehouden met de relatieve belangrijkheid van elke bijdrage. 9 Dit geldt specifiek voor inwendige bestraling ten gevolge van radioactieve stoffen die zich binnen het lichaam bevinden. 10 Zuiver geformuleerd is dit de definitie van de ‘gemiddelde geabsorbeerde dosis’. De microscopische betekenis van de geabsorbeerde dosis binnen een (bijna oneindig) kleine massa, blijft hier buiten beschouwing, omdat die betekenis niet van belang is voor de praktische stralingsbescherming. S:\SbdDICT\03-10009-8&9a dosisbegrippen.doc

SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 4 / 13

In het internationale SI-stesel van grootheden en eenheden wordt stralingsenergie uitgedrukt in de eenheid Joule [symbool: J]. De massa van de materie wordt uitgedrukt in de eenheid kilogram [kg]. Omdat de geabsorbeerde dosis is gedefinieerd als de energie absorptie per eenheid van massa, is de formele eenheid voor geabsorbeerde dosis één joule per kilogram [J/kg]. Voor deze eenheid is in het SI-stelsel de speciale naam gray [Gy] gereserveerd. Een geabsorbeerde dosis van 1 gray betekent hetzelfde als een geabsorbeerde dosis van 1 joule per kilogram materie. In de stralingsfysica is het gebruikelijk de stralingsenergie uit te drukken in de eenheid

elektronvolt [eV], kilo-elektronvolt [keV] of mega-elektronvolt [MeV].

Voor de omrekening in eenheden Joule geldt: 1 MeV = 1,6 × 10-13 Joule.

Evenzo geldt: 1 keV = 1,6 × 10-16Joule; 1 eV = 1,6 × 10-19 Joule

Omgekeerd geldt:1 Joule = 6,25 × 1012 MeV = 6,25 × 1015 keV = 6,25 × 1018 eV.

Een geabsorbeerde dosis van 1 gray ofwel 1 Joule per kg is identiek aan 6,25 × 1012 MeV per kg

Dit is hetzelfde als 6,25 × 109 MeV per gram materie.

Voordat het SI-eenhedenstelsel werd ingevoerd voor stralingsdosimetrie, werd de rad gebruikt als eenheid voor geabsorbeerde dosis. Men moet erop bedacht zijn dat deze verouderde eenheid nog niet is uitgebannen. Men komt de klassieke eenheid rad nog tegen in oude leerboeken en literatuur.11 Daarom noemen we het onderlinge verband tussen de oude en nieuwe eenheid. Een geabsorbeerde dosis van een rad komt overeen met een energieafgifte van 0,01 Joule per kilogram van het bestraalde materiaal: 100 rad is dus gelijk aan 1 gray. Evenzo is 100 millirad hetzelfde als 1 milligray, enz. Om de overgang tussen de klassieke dosiseenheid en de SI-eenheid te vergemakkelijken wordt soms gebruik gemaakt van de (sub)eenheid centigray: dan verandert de getalwaarde voor de geabsorbeerde dosis niet bij overgang tussen de eenheden: 1 rad = 1 centigray. Als een hoeveelheid materie wordt bestraald, is op macroscopische schaal beschouwd, de geabsorbeerde dosis gelijk aan de waarde van de geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door de massa van de bestraalde materie. De geabsorbeerde dosis is immers een maat voor de energieabsorptie per eenheid van massa. Men dient te weten dat bij homogene verdeling van de energieabsorptie voor ieder deelvolume binnen het bestraalde object, de energieabsorptie per eenheid van massa overal hetzelfde is. Voor elk deel van de bestraalde materie is de geabsorbeerde dosis dan hetzelfde. Als een hoeveelheid water met een volume van 1 liter (dus een massa van 1 kg) wordt bestraald met een geabsorbeerde dosis van 1 gray, komt dit neer op een energieabsorptie van 1 Joule per kilogram. In het geval van gelijkmatig verdeelde energie absorptie, is dan binnen elk deelvolume van 1 kubieke centimeter (met een massa van 1 gram) de energieabsorptie gelijk aan een duizendste Joule. De geabsorbeerde dosis binnen 1 gram water is dus eenduizendste Joule gedeeld door eenduizendste kilogram; ofwel 1 Joule per kilogram, ofwel 1 gray. Uit dit rekenvoorbeeld blijkt dat de waarde van de geabsorbeerde dosis voor elk deel binnen het bestraalde watervolume, overal hetzelfde is; en dus ook gelijk aan de waarde van de geabsorbeerde dosis voor de totale hoeveelheid water. Als de energieabsorptie binnen het bestraalde watervolume niet homogeen verdeeld is, dan gaat dit niet meer op. Bij ongelijkmatige energieabsorptie is de geabsorbeerde dosis op verschillende plaatsen binnen het bestraalde waterobject onderling ongelijk. En dus ook niet hetzelfde als de gemiddelde waarde van geabsorbeerde dosis binnen het totale watervolume.

Bij ongelijkmatige verdeling van de energieabsorptie binnen een object is er verschil tussen de (lokale) geabsorbeerde dosis op verschillende plaatsen binnen het object. Dit is het geval als binnen een bestraald object de massadichtheid van de materie niet homogeen is verdeeld. Wanneer verschillende soorten materie worden bestraald onder identieke omstandigheden, dus door eenzelfde stralingssoort, met dezelfde stralingsenergie en met dezelfde bestralingsgeometrie in een 11

Vooral binnen de vakgebieden radiobiologie en radiotherapie wordt deze oude eenheid nog gebruikt. De klassieke eenheid ‘rad’ voor geabsorbeerde dosis, wordt ook nog volop gebruikt in de USA. Daar is het internationale SI-eenhedenstelsel nog geen gemeengoed. Omrekening van oud naar nieuw is eenvoudig als men bedenkt dat 1 rad gelijk is aan 1 centigray.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 5 / 13

identiek stralingsveld, dan is de waarde voor de geabsorbeerde dosis verschillend naar gelang de materiaalsoort. Dit hangt samen met het feit dat de energieabsorptie afhankelijk is van de atoomsoorten in het bestraalde materiaal. Als men de grootheid geabsorbeerde dosis gebruikt, moet men dan ook weten om welke materiaalsoort het gaat.12 Soms zijn de onderlinge verschillen zo klein dat ze geen invloed hebben op de betekenis van dosimetrie voor stralingbescherming. Dit geldt bijvoorbeeld voor de bestraling van zacht weefsel met röntgen en gammastraling. Het onderlinge verschil voor de geabsorbeerde dosis in lucht, water of zacht weefsel is meestal minder dan 10%. Echter, bij bestraling met laagenergetische fotonen onder identieke bestralingsomstandigheden is de geabsorbeerde dosis in zacht weefsel aanzienlijk minder dan de dosis in hard botweefsel. Voor geladen stralingssoorten en voor neutronenstraling geldt echter altijd dat de geabsorbeerde dosis sterk verschilt naar gelang de atomaire samenstelling van het bestraalde medium. Stralingskwaliteit De fysische en chemische effecten die worden veroorzaakt door straling, kunnen bij blootstelling van levende materie veranderingen teweegbrengen in de biologische eigenschappen van cellen. Dit kan weer invloed hebben op de biologische functie van weefsels en organen. De aard en de ernst van die biologische veranderingen in menselijk weefsel of in organen van het lichaam, worden vooral bepaald door de microscopische details van de energieabsorptie binnen structuren van de cellen waaruit menselijk weefsel bestaat. Om iets te kunnen zeggen over de biologische gevolgen van bestraling is het niet voldoende om de geabsorbeerde dosis in dat weefsel te kennen. Aanvullend is informatie nodig over de radiobiologische effectiviteit van de straling. Op grond van de fundamentele kennis over de radiobiologische effectiviteit op cellulair niveau, kan aan elke stralingssoort een zogenoemde kwaliteitsfactor worden toegekend die een maat is voor de biologische werkzaamheid van straling met het oog op macroscopische biologische effecten. De kwaliteitsfactor wordt aangeduid met het symbool Q of QF. De kwaliteitsfactor van een stralingssoort is afhankelijk van de massa van de stralingsdeeltjes en van hun elektrische lading en hun stralingsenergie. De kwaliteitsfactor van een stralingssoort is groter naar mate het ioniserende vermogen van de straling groter is, ofwel naar mate de LET 13 van de straling groter is. Voorbeelden van hoge LET-straling zijn α-deeltjes en neutronenstraling. Deze stralingssoorten hebben dus een hoge kwaliteitsfactor. Verhoudingsgewijs lage LET-waarden gelden voor röntgenstraling en gammastraling en ook voor bètastraling. Deze vormen van lage LET-straling hebben dan ook de laagste kwaliteitsfactor. De kwaliteitsfactor van een stralingssoort is gedefinieerd als een verhoudingsgetal dat aangeeft hoeveel maal die stralingssoort biologisch werkzamer is dan röntgenstraling. Per definitie is de kwaliteitsfactor voor röntgenstraling gesteld op de waarde QF = 1. De getalwaarden voor de kwaliteitsfactor van andere stralingssoorten berusten op internationale afspraken op grond van ICRP aanbevelingen. De kwaliteitsfactoren worden alleen gebruikt bij dosimetrie voor stralingsbescherming. In de radiobiologie en bij radiotherapie wordt de biologische werkzaamheid per stralingssoort uitgedrukt in de zogenaamde RBE-factor van een bepaalde stralingssoort onder bepaalde stralingsomstandigheden. In die vakgebieden gaat de aandacht vooral uit naar de radiobiologische effectiviteit van bestralingen, op microscopisch niveau.

12

13

Bij stralingsdosimetrie kan men uitgaan van meting of berekening van de geabsorbeerde dosis in één enkel medium. Wat de geabsorbeerde dosis zou zijn (bij identieke bestralingsomstandigheden) voor een ander materiaal kan dan worden berekend op basis van de kenmerkende gegevens over de energie absorptie van de betreffende materiaalsoorten. Metingen worden vaak verricht in lucht of in water of weefselequivalent materiaal. LET is een afkorting van Lineair Energy Transfer. Dit is een fysische maat voor het ioniserende vermogen van straling op microscopisch niveau. De LET beschrijft de lokale energieoverdracht langs de baan die het stralingsdeeltje of foton aflegt in bestraalde materie.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 6 / 13

__________________________________________________________________________________ kwaliteitsfactor voor stralingskwaliteit Röntgenstraling Gammastraling Bètastraling en elektronen

1 1 1

Alfastraling 20 Thermische neutronen 3à5 Snelle neutronen 10 à 20 Protonen 5 _____________________________________________________________________________________

In leerboeken en literatuur van na 1991, wordt in plaats van de kwaliteitsfactor de zogenaamde stralingsweegfactor [symbool wR] gebruikt ter aanduiding van de biologische stralingskwaliteit. Uit wetenschappelijk oogpunt is er weliswaar een gering verschil tussen de kwaliteitsfactor en de stralingsweegfactor, maar dit verschil is niet van belang voor de praktische stralingsbescherming. In de praktijk kunnen beide begrippen door elkaar heen worden gebruikt, als gelijkwaardig. Equivalente dosis Voor dosimetrie in het kader van stralingsbescherming is een speciale dosisgrootheid ingevoerd, als maat voor de biologische gevolgen van bestraling van menselijk weefsel of van menselijke organen. Dit speciale dosisbegrip heet equivalente dosis en het is gedefinieerd als het rekenkundige product van de gemiddelde geabsorbeerde dosis in het bestraalde weefsel, vermenigvuldigd met de kwaliteitsfactor van de betreffende straling. De equivalente dosis wordt altijd aangeduid met het symbool H. Equivalente dosis = geabsorbeerde dosis x kwaliteitsfactor

ofwel:

H = D x QF

Voor de equivalente dosis werd in het internationale SI-eenhedenstelsel een aparte eenheid ingevoerd, namelijk een sievert . De afkorting van de eenheid sievert is: [Sv]. In de praktijk van dosimetrie voor stralingsbescherming is het algemeen gebruikelijk om te rekenen met 1/1000 deel van een sievert, ofwel een millisievert. De afkorting voor de eenheid millisievert is: [mSv].14 Hoewel dat wetenschappelijk niet correct is geformuleerd, kan men stellen dat de kwaliteitsfactor de omrekenfactor is, van de fysische dosiseenheid gray naar de equivalente dosiseenheid sievert. Uit de begripsomschrijving volgt dat een equivalente dosis hetzelfde is als een naar biologische werkzaamheid gewogen waarde voor een gemiddelde geabsorbeerde dosis. De kwaliteitsfactor is dan de weegfactor die de biologische effectiviteit van de stralingssoort in rekening brengt. Dit verklaart waarom in plaats van de kwaliteitsfactor ook wel de zogenaamde weegfactor [wR] voor stralingskwaliteit wordt gebruikt in moderne literatuur en leerboeken. Uit de gegeven definitie volgt dat een equivalente dosis van 1 millisievert bij blootstelling aan een stralingssoort met kwaliteitsfactor 1 (zoals röntgen- en gammastraling) overeenkomt met een fysisch geabsorbeerde dosis van 1 milligray. Wanneer we echter te maken hebben met stralingssoorten waarvoor de kwaliteitsfactor groter is dan 1, is de equivalente dosis uitgedrukt in (milli)sievert niet meer getalsmatig gelijk aan de geabsorbeerde dosis uitgedrukt in (milli)gray. Zo geldt bijvoorbeeld dat de equivalente dosis uitgedrukt in (milli)sievert, bij blootstelling aan α-straling een factor 20 groter is dan de fysisch geabsorbeerde dosis uitgedrukt in (milli)gray. Voor α-straling geldt namelijk een kwaliteitsfactor QF = 20.

14

Voordat het SI-eenhedenstelsel werd ingevoerd voor stralingsdosimetrie, golden de ‘rem’ en de ‘millirem’ als eenheden voor de equivalente dosis. Deze eenheden zijn weliswaar officieel afgeschaft, maar in de praktijk kan men ze nog tegenkomen. Daarom geven we het onderlinge verband tussen de klassieke eenheden en de eenheden in het SI-stelsel: 100 rem = 1 sievert; 100 millirem = 1 millisievert; 1 rem = 10 millisievert;

1 millirem = 0,01 millisievert = 10 microsievert. Vooral in de USA, worden de verouderde eenheden nog volop gebruikt. Daar is het internationale SI-eenhedenstelsel nog geen

gemeengoed.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 7 / 13

Wanneer een bepaald orgaan of weefsel wordt blootgesteld aan verschillende soorten straling met verschillende kwaliteitsfactor, dan moet de equivalente dosis voor dat orgaan eerst voor elk stralingstype apart worden berekend. De totale equivalente dosis is dan gelijk aan de som van de afzonderlijke bijdragen per stralingstype. Omdat de kwaliteitsfactor uitsluitend betrekking heeft op de biologische werkzaamheid van ioniserende straling in menselijke weefselstructuren, is het begrip equivalente dosis uitsluitend bruikbaar om de betekenis van blootstelling van menselijk weefsel te beschrijven. De equivalente dosis is geen geschikte maat om aan te geven wat de gevolgen van bestraling zijn, als het gaat om andere materie of materiaalsoorten. Dan moet men altijd de geabsorbeerde dosis gebruiken. Bovendien geldt dat de kwaliteitsfactor uitsluitend betrekking heeft op de biologische effectiviteit van straling bij laag dosistempo. De biologische effectiviteit van straling is bij hoog dosistempo fundamenteel anders dan wij laag tempo. De kwaliteitsfactor heeft dan geen betekenis. Daarom is de equivalente dosis geen geschikte maat om aan te geven wat de biologische gevolgen zijn bij zeer hoge acute doses, bijvoorbeeld in ongevalsituaties of bij bestralingen in de radiotherapie. In dergelijke gevallen moet men de geabsorbeerde dosis per orgaan of per weefseltype nemen als uitgangspunt voor verdere beschouwing over de biologische schade. In vakliteratuur komt men naast het begrip equivalente dosis ook nog een bijna gelijknamig begrip tegen dat dosisequivalent wordt genoemd. Voor goed begrip van dosimetrie in de praktische stralings bescherming is het voldoende om te weten dat de equivalente dosis een macroscopisch gemiddelde is; en dat dosisequivalent een microscopisch dosisbegrip is. Kortweg kan men zeggen dat de equivalente dosis in een orgaan gelijk is aan het gemiddelde van de afzonderlijke waarden van het equivalent op afzonderlijke plaatsen in een bestraald orgaan of binnen een bestraald type weefsel. Effectieve dosis Als het menselijke lichaam geheel of gedeeltelijk wordt blootgesteld aan straling is er vaak sprake van

een ongelijke dosisverdeling over de afzonderlijke organen en weefsels. Om uitspraken te kunnen

doen over de betekenis over de blootstelling met het oog op eventuele nadelige effecten voor de

gezondheid, is er behoefte aan een speciale dosisgrootheid die een maat is voor de globale betekenis

van de blootstelling.

Het is betekenisloos om de dosiswaarden van verschillende organen bij elkaar op te tellen in de

verwachting dat dit een soort totale lichaamsdosis zou opleveren.15

Om de betekenis van een gehele of gedeeltelijke blootstelling van het lichaam te karakteriseren is het

begrip effectieve dosis ingevoerd. Dit is geen zuiver fysische en dus ook geen direct meetbare

dosisgrootheid. Het begrip effectieve dosis berust op een speciale rekenafspraak waarmee

dosiswaarden van afzonderlijke organen en weefsels met elkaar worden gecombineerd tot een

getalwaarde die aangeeft wat de betekenis is voor het totale lichaam. In de rekenafspraak is vastgelegd

hoe zwaar (met welk percentage) de equivalente dosis van de diverse organen meetelt bij de

berekening van de effectieve dosis. De effectieve dosis is dus gedefinieerd als een gewogen

gemiddelde van de equivalente doses in de afzonderlijke organen16.

EH = ∑ wT HT

In de formulevorm is de definitie voor de effectieve dosis: Het symbool wT wordt gebruikt voor de weegfactor voor relatieve stralingsgevoeligheid per orgaan T.

Het symbool HT staat voor de equivalente dosis per orgaan T.

Voor de effectieve dosis wordt het symbool EH gebruikt.

15

16

Men kan een vergelijking maken met het begrip temperatuur. Het optellen van temperaturen die betrekking hebben op verschillende plaatsen is zinloos, ook in het menselijke lichaam. Het optellen levert zeker geen totaallichaamstemperatuur op. Een gewogen gemiddelde is niet hetzelfde als een rekenkundig gemiddelde. Bij een gewogen gemiddelde wordt rekening gehouden met de relatieve belangrijkheid van de equivalente dosis per orgaan, naar gelang de stralingsgevoeligheid per orgaan. Dit gebeurt met weegfactoren.

. S:\SbdDICT\03-10009-8&9a dosisbegrippen.doc

SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 8 / 13

Dit wijkt af van de door ICRP aanbevolen notatie met de letter E. Deze letterkeuze is ongelukkig en verwarrend omdat het symbool E algemeen wordt aangehouden voor het begrip energie van straling. De keuze voor symbool EH voor de effectieve dosis berust op analogie met het symbool HE dat vroeger -vóór 1991- werd gebruikt ter aanduiding van de (verouderde) grootheid effectief dosisequivalent.

Omdat de effectieve dosis gelijk is gesteld aan de som van de gewogen waarden van de equivalente dosis per orgaan, geldt voor de effectieve dosis dezelfde eenheid als voor de equivalente dosis. Als de equivalente dosis voor elk orgaan is uitgedrukt in millisievert, dan is ook de effectieve dosis uitgedrukt in millisievert. Ook voor de effectieve dosis geldt in de praktijk dat eenduizendste deel van een sievert ofwel 1 millisievert een praktische maat is. De weegfactoren wT per orgaan geven de relatieve betekenis aan van de betreffende orgaandosis met het oog op mogelijke stochastische effecten van lage doses; een en ander in verhouding ten opzichte van een gelijkmatige totale lichaamsbestraling met dezelfde dosis. De getalwaarden van de afzonderlijke weegfactoren per orgaan worden vastgesteld door de ICRP, op basis van de best beschikbare wetenschappelijke kennis over dosis - effect relaties voor ioniserende straling. Voor organen die relatief gevoelig zijn voor kanker door straling, wordt een weegfactor van 12% gebruikt. Voor minder gevoelige inwendige organen wordt een factor 5% toegepast en voor ongevoelige organen en weefsels geldt een factor 1%. Voor gonaden wordt met het oog op genetische effecten een weegfactor van 20% aangehouden. Wanneer daar op grond van wetenschappelijke gegevens aanleiding toe is, kunnen de afspraken over de weegfactoren in internationaal verband worden bijgesteld. Weegfactoren [ % ] voor relatieve stralingsgevoeligheid van afzonderlijke organen en weefsels ____________________________________________________________________________________ Rood beenmerg 12 Longen 12 Maag 12 Dikke darm 12 Schildklier 5 Borstklieren 5 Overige inwendige organen 5 Botoppervlak 1 Huid 1 Gonaden 20 ____________________________________________________________________________________

Het moet duidelijk zijn dat de keuze voor afgeronde weegfactoren in de definitie van effectieve dosis tot gevolg heeft dat de effectieve dosis geen exacte dosisgrootheid meer is in de fysische betekenis. Immers met het gebruik van benaderingswaarden voor de weegfactoren verliest het begrip effectieve dosis aan precisie. Dit wordt nog versterkt door het gebruik van de kwaliteitsfactor bij de berekening van de afzonderlijke equivalente orgaandoses. De kwaliteitsfactor per stralingstype is immers ook een onnauwkeurige benadering (een veilige overschatting) voor de biologische effectiviteit van verschillende stralingssoorten. Het rekenkundige begrip effectieve dosis is zodanig gedefinieerd dat de betekenis van een blootstelling met een effectieve dosis van een bepaald aantal millisievert gelijkwaardig is aan een homogeen over het lichaam verdeelde equivalente dosis van hetzelfde aantal millisievert. Het begrip effectieve dosis maakt het mogelijk om ongelijksoortige blootstellingen met ongelijke dosisverdeling over het lichaam, met elkaar te kunnen vergelijken en te kunnen beoordelen in het licht van beschermingsnormen voor dosisbeperking.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 9 / 13

Om een indruk te geven van de betekenis van een millisievert als maat voor de effectieve dosis, staan hier enkele voorbeelden van blootstelling aan ioniserende straling die een effectieve persoonsdosis opleveren van 1 millisievert. _____________________________________________________________________________________ als gevolg van uitwendige bestraling door de natuurlijke achtergrondstraling: - blootstelling in Nederland over een periode van ruim een jaar; - blootstelling in de bergen bij verblijf van 3 maanden op 2000 meter hoogte; - blootstelling tijdens het vliegen op grote hoogte gedurende 500 uren; als gevolg van inwendige bestraling door radioactieve stoffen: - door het inademen van radongas dat van nature in de lucht aanwezig is, in het tijdsbestek van iets minder dan een heel jaar; - door de van nature in het menselijke lichaam aanwezige radioactieve stoffen, over een

periode van drie jaren;

- door consumptie van ca. 150 kilo voedsel dat na een nucleair ongeval verontreinigd is met

een (maximaal toelaatbare) cesium-137 besmetting van 600 becquerel per kilo;

- na het inslikken van 100 kilobecquerel jodium-131; als gevolg van medische stralingstoepassingen: - door ca. 5 röntgenfoto’s van de borstkas; - door een uitgebreid röntgenonderzoek van de buikstreek; - door ca. 50 tandheelkundige gebitsfoto’s

______________________________________________________________________________ De effectieve dosis is uitsluitend bedoeld en dus ook uitsluitend bruikbaar voor dosimetrie bij stralingsbescherming, met het oog op bescherming tegen eventuele biologische effecten van lage doses. Deze grootheid is niet bruikbaar wanneer het gaat om hoge stralingsdoses, zoals bij stralingsongevallen of bij medische radiotherapie. Dit hangt samen met het feit dat de biologische werkzaamheid van straling bij hoge doses, anders is dan bij lage doses. Bij blootstelling aan lage stralingsdoses richt de aandacht zich op de eventuele kankerverwekkende werking van straling en de mogelijke genetische effecten. Omdat het kanskarakter (toeval) daarbij een belangrijke rol speelt, worden dergelijke effecten aangeduid als stochastische effecten. Het toevalskarakter van effecten van lage stralingsdoses is terug te voeren op de onzekerheid en de onvoorspelbaarheid of door ioniserende straling veroorzaakte schade aan afzonderlijke cellen zal uitgroeien tot kwaadaardige proporties. Zelfs wanneer dat gebeurt, is er nog grote onzekerheid over de (lange) tijd die daarmee gepaard gaat. Om deze reden wordt ook wel gesproken van late effecten. De min of meer acuut merkbare deterministische effecten van hoge stralingsdoses spelen geen rol bij lage stralingsdoses. De grootheden uit de familie van de equivalente dosis zijn bij hoge doses geen geschikte maat voor de mogelijke gezondheidsschade aan organen of weefsels. In dergelijke gevallen moet er worden teruggegrepen op het gebruik van de fysische basisgrootheid geabsorbeerde dosis. Hulpgrootheden voor dosimetrie bij uitwendige blootstelling. Het is begrijpelijk dat de effectieve dosis, vanwege haar ingewikkelde definitie niet direct meetbaar kan zijn. In beginsel moet de effectieve persoonsdosis altijd rekenkundig worden bepaald op basis van de waarden voor de equivalente dosis per orgaan. Deze zijn zelf ook moeilijk meetbaar; zeker als er sprake is van bestraling met verschillende stralingssoorten, met elk hun eigen kwaliteitsfactor. Op zichzelf hoeft dit nog geen onoverkomelijk probleem te zijn, maar het vergt wel dat men beschikt over specifieke vakkennis over de onderlinge samenhang tussen meetbare fysische grootheden en de dosisgrootheden voor stralingsbescherming. Ten behoeve van de gangbare persoonsdosimetrie in de praktijk van stralingsbescherming is tegemoet gekomen aan dit probleem. In bijzonder voor metingen van de persoondosis door uitwendige blootstelling zijn operationele hulpgrootheden ingevoerd die wel meetbaar zijn. Deze hulpgrootheden zijn zó gedefinieerd dat de meetwaarden een betrouwbare schatting opleveren voor de equivalente


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 10 / 13

dosis in bestraalde lichaamsdelen en, mits onder specifieke voorwaarden, soms ook direct voor de effectieve persoonsdosis. Zonder in te gaan op de precieze wetenschappelijke definitie noemen we de belangrijkste hulp grootheden. Het gaat om een drietal varianten van de equivalente dieptedosis. Deze kunnen met behulp van speciaal gekalibreerde meetinstrumenten worden gemeten. Bijvoorbeeld met ‘persoonsdosimeters’ die in de dagelijkse praktijk van stralingsbescherming wordt gebruikt voor de dosiscontrole van radiologische werkers . De 10mm-diepte-dosis slaat op de meetwaarde die op 10 millimeter diepte wordt gemeten in materiaal dat op menselijk weefsel lijkt. Kortweg wordt deze dieptedosis aangeduid met het symbool HP(10) of met de afkorting HP. De referentiediepte van 10 millimeter is gekozen omdat op die diepte voor de meeste stralingssoorten de hoogste (lokale) dosis wordt afgegeven in omstandigheden van uitwendige bestraling. Dit geldt in het bijzonder voor doordringende stralingssoorten zoals gammastraling, röntgenstraling en neutronenstraling. De meetwaarde voor de 10mm-diepte-dosis geeft al met al een betrouwbare schatting voor de equivalente dosis in inwendige organen en dieper gelegen weefsels. Stralingssoorten met een gering doordringend vermogen, zoals bètastraling, elektronen en zeer laag energetische röntgenstraling geven bij uitwendige blootstelling het overgrote deel van hun stralingsenergie af op zeer geringe diepte in weefsel. Als maat voor de huiddosis wordt gebruikt gemaakt van de 0,07mm-diepte-dosis die ook wel de oppervlaktedosis wordt genoemd. Deze meetbare hulpgrootheid is gedefinieerd als de equivalente dosis op 0,07 millimeter in weefsel equivalent materiaal. De referentiediepte van 0,07 millimeter, is gekozen omdat dit overeenkomt met de diepte in de huid waar de gevoelige weefselstructuren liggen. Dichter bij het oppervlak bestaat de huid uit ongevoelige cellen. De verkorte aanduiding voor de huiddosis is het symbool HS(007) of nog korter: HS. Het is logisch dat de meetwaarde voor HS alleen informatie geeft over de huiddosis, op plaatsen van de huid die in gelijke mate werden bestraald als de dosismeter. De blootstelling van de ogen kan worden getypeerd met de dieptedosis op 3 mm diepte. Op deze diepte ligt het kwetsbare weefsel van de ogenlens. In de praktijk wordt het symbool HP(3) gebruikt. Zoals gezegd, levert de HP(10) meetwaarde, in geval van gelijkmatige uitwendige bestraling met doordringende stralingssoorten, een betrouwbare schatting voor de equivalente dosis in de inwendige organen en weefsels. Daarom is de HP(10) in die omstandigheden, ook bruikbaar als goede ‘surrogaat’ voor de effectieve persoonsdosis. Men dient er wel op bedacht te zijn dat meetwaarden voor HP(10) alleen representatief zijn voor de equivalente dosis in die delen van het lichaam die dezelfde straling “hebben gezien” als het meetinstrument. Dit gaat niet op bij ongelijkmatige blootstelling, bijvoorbeeld met smalle stralingsbundels of wanneer het lichaam gedeeltelijk is afgeschermd. Dan is de gemeten dieptedosis weliswaar nog steeds een goede benadering voor de dosis per orgaan; maar dan alleen voor de organen die -in gelijke mate- worden bestraald. De effectieve dosis wordt echter fors overschat omdat niet alle relevante organen die in de berekening van deze grootheid zijn verwerkt, ook werkelijk aan straling worden blootgesteld. Bij de interpretatie van dergelijke dosismetingen is specialistische kennis nodig van stralingsdosimetrie om uitspraken te doen over de werkelijke effectieve persoonsdosis. Volgdosis bij inwendige dosimetrie Kenmerkend bij uitwendige bestraling is dat de stralingsenergie feitelijk door het lichaam wordt opgenomen op het moment van blootstelling. Dat is wezenlijk anders wanneer er sprake is van inwendige bestraling door radioactieve stoffen die zich binnen het lichaam bevinden. Die radioactieve stoffen zijn een blijvende bron van bestraling zolang ze niet door stofwisselingsprocessen uit het lichaam zijn verwijderd of door natuurlijk radioactief verval zijn verdwenen. Al met al is de uiteindelijke dosis die het gevolg is van inname van radioactieve stoffen daarom niet alleen afhankelijk van de hoeveelheid radioactieve stof die het lichaam binnenkomt, maar speelt vooral de biologische stofwisseling een bepalende rol.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 11 / 13

Voor een goed begrip is het nodig dat men beseft dat de stralingsactiviteit van een radioactieve stof in het lichaam voortdurend afneemt. De radioactiviteit is een maat voor de snelheid waarmee de aanwezige radioactieve stof vervalt. Op ieder moment is het tempo waarmee de feitelijke inwendige bestraling gebeurt (door de uitgezonden straling tijdens de radioactieve vervalprocessen), evenredig met de activiteit van de radioactieve stof die op dat moment aanwezig is. Dit dosistempo neemt voortdurend af, evenredig met het fysische verval. Daarnaast kan het lichaamsmetabolisme ervoor zorgen dat radioactieve stoffen (deels) uit het lichaam worden verwijderd, vóórdat ze zijn vervallen en dus nog geen straling hebben uitgezonden . Dit veroorzaakt een vermindering van de dosis; evenredig minder naar gelang de biologische verwijderingsnelheid groter is. De radioactieve atoomkernen die het lichaam voortijdig verlaten, leveren immers geen bijdrage tot de inwendige dosis. Voor kortlevende radioactieve stoffen en voor radioactieve stoffen die snel worden uitgescheiden, gebeurt de feitelijke inwendige bestraling gedurende een korte periode. In geval van radioactieve stoffen die gekenmerkt worden door een lang verblijf in het lichaam kan het tijdsverloop van de feitelijke blootstelling uitgestrekt zijn tot vele jaren of zelfs tot tientallen jaren. Bij dosisschattingen voor inwendige besmetting is het gebruikelijk om rekening te houden met de totale dosis die te verwachten is over de gehele tijdsduur dat de radioactieve stof in het lichaam aanwezig is. Om duidelijk te maken dat het totale dosisgevolg wordt meegenomen, wordt gesproken van een volgdosis. De equivalente volgdosis van een orgaan is gedefinieerd als de som van alle dosisbijdragen in dat orgaan ten gevolge van het verval van radioactieve stoffen binnen het lichaam gerekend vanaf het moment van inname tot aan het moment dat de radioactieve stof geheel is vervallen of geheel uit het lichaam is verdwenen. Bij dosisschattingen voor stralingsbescherming wordt de integratietijd gesteld op 50 jaar voor volwassenen en voor berekeningen bij kinderen wordt uitgegaan van een integratietijd van 70 jaar. Het verschil wordt aangeduid als 50-jaar-volgdosis en 70-jaar-volgdosis. Een ander bijzonder aspect van inwendige dosimetrie voor radioactieve stoffen is dat de interne dosisverdeling over de verschillende organen en weefsels voor elke soort stof verschillend is. En bovendien zeer variabel in de tijd. De plaats waar de radioactieve stoffen binnen het lichaam terecht komen, en ook de weg waarlangs en de snelheid waarmee ze daarheen worden getransporteerd, is per geval afhankelijk van de wijze waarop de radioactieve stoffen het lichaam binnenkomen en van de biologische transportmechanismen en stofwisselingsprocessen.

Al met al is zowel de plaats waar de radioactieve atomen zich bevinden op moment van radioactief verval, alsook de plaats(en) waar de uitgezonden stralingsenergie wordt geabsorbeerd steeds sterk verschillend, naargelang de chemische samenstelling. Boven dit alles telt ook nog mee dat, voor elk radionuclide apart steeds de verschillende specifieke stralingseigenschappen in rekening moeten worden gebracht. Bij dosimetrie voor inwendige besmetting, moet altijd eerst voor elke radioactieve stof apart worden berekend wat de equivalente volgdosis is voor alle afzonderlijke organen en weefsels. Hierbij wordt ook de verschillende stralingskwaliteit van diverse stralingssoorten in rekening gebracht. Vervolgens wordt per orgaan afzonderlijk de bijdrage bepaald aan de effectieve volgdosis. Dit gebeurt door de waarde van de equivalente volgdosis per orgaan te vermenigvuldigen met de bijbehorende orgaan weegfactor. De uiteindelijke effectieve volgdosis volgt dan uit sommatie van alle deelbijdragen van de relevante organen en weefsels. In de praktijk zijn dergelijke berekeningen voor de equivalente volgdosis per orgaan en van de effectieve volgdosis uiterst ingewikkeld. Daarom wordt uitgegaan van internationaal afgesproken modelberekeningen die onder auspiciën van de ICRP worden opgesteld. Het is in de stralingsbescherming gebruikelijk om de equivalente volgdosis per orgaan en ook de effectieve volgdosis steeds administratief toe te rekenen naar het moment of het tijdvak dat de inwendige besmetting met radioactieve stoffen plaatsvindt. Om deze reden is het een goed bruikbaar concept met het oog op preventieve gezondheidszorg, praktische stralingsbescherming en toetsing aan normen voor dosisbeperking. Om dezelfde reden is echter voorzichtigheid geboden als de effectieve S:\SbdDICT\03-10009-8&9a dosisbegrippen.doc

SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 12 / 13

volgdosis wordt gebruikt als maat (indicator) voor schattingen van de mogelijke stochastische gezondheidsschade. Dit geldt in bijzonder voor zeer langlevende radioactieve stoffen die bovendien een lange verblijftijd in het lichaam kennen. Dosistempo Om aan te geven met welke snelheid (tempo) de geabsorbeerde dosis in een bestraald medium of object wordt afgegeven, gebruiken we het begrip geabsorbeerd dosistempo. In het gangbare spraakgebruik wordt dit meestal afgekort tot dosistempo. De waarde van een dosistempo wordt uitgedrukt in dosiseenheden per tijdseenheid. In het formele SI-eenhedenstelsel is een gray per seconde [Gy/s] de basiseenheid voor geabsorbeerd dosistempo. Omdat dit een onpraktisch grote maat is, worden in de praktijk van stralingsdosimetrie kleinere eenheden gebruikt zoals nanogray per seconde [nGy/s]; microgray per minuut [µGy/min] en microgray per uur [µGy/h]. Eenvoudig is te berekenen dat het volgende geldt:

1 nanogray per seconde komt overeen met 3,6 microgray per uur:

( 1 nGy/s = 10-9 Gy/s = 3,6 10-6 Gy/h = 3,6 µGy/h.)

1 microgray per uur identiek is aan 0,28 nanogray per seconde

(1 µGy/h = 16,7 nGy/min = 0,28 nGy/s).

Net als voorgeschreven bij de grootheid geabsorbeerde dosis, moet bij gebruik van de afgeleide grootheid geabsorbeerd dosistempo altijd precies duidelijk zijn welk medium of materiaalsoort wordt beoogd. Zonder die aanduiding zijn getallen waardeloos. Het geabsorbeerde dosistempo in lucht is de fysische basisgrootheid om de ‘veldsterkte’ binnen een stralingsveld te meten of om de ‘sterkte’ van een stralingsbundel te typeren.17 Het geabsorbeerde dosistempo in lucht, op een bepaalde plaats in een stralingsveld is een directe maat voor het ioniserende vermogen van de straling op die plaats. Op grond van de waarde van het geabsorbeerde dosistempo in lucht kan worden berekend wat de geabsorbeerde dosis binnen een ander medium of materiaal zou zijn ten gevolge van bestraling op de betreffende plaats binnen het stralingsveld. Voor stralingsdosimetrie bij biologische en medische toepassingen wordt vooral gebruik gemaakt van het geabsorbeerde dosistempo in water. Dit geeft direct bruikbare getallen, nagenoeg zonder omrekening. Menselijk weefsel en biologische materialen bestaan immers voor het overgrote deel uit water. Zonder verdere toelichting wordt vermeld dat er nog een meetgrootheid bestaat die specifiek (maar ook uitsluitend) bestemd is om de intensiteit te karakteriseren voor ongeladen soorten van ioniserende straling. Deze meetgrootheid heet kermatempo. Ze wordt in bijzonder gebruikt voor hoogenergetische fotonenstraling en voor neutronenstraling. Voor dosimetrie in het kader van stralingsbescherming mag men er van uit gaan dat kermatempo hetzelfde betekent als geabsorbeerd dosistempo. De beide grootheden behoren tot de familie van geabsorbeerde dosis en worden dan ook in dezelfde eenheden uitgedrukt.

In de praktijk van stralingsbescherming wordt de ‘stralingsintensiteit of stralingssterkte’ in een stralingsveld vaak getypeerd door het equivalente-omgevings-dosistempo daar ter plaatse. Kort samengevat is dit het tempo (de snelheid) waarmee de equivalente dosis in menselijk weefsel wordt –of kan worden- ontvangen als de ‘ontvanger’ zich in dat stralingsveld bevindt.

17

Het begrip “veldsterkte” in een stralingsveld kan worden opgevat als synoniem voor ‘intensiteit’; ofwel het ioniserende vermogen van straling op een bepaalde plaats in een stralingsveld. Evenzo is de term "bundelsterkte" synoniem voor de aanduiding voor het ioniserende vermogen van een stralingsbundel. Om enig idee te geven over de betekenis van getalwaarden noemen we twee (extreme) voorbeelden uit het dagelijks leven: Een voorbeeld van zeer zwakke “veldsterkte” vinden we in de natuur. De natuurlijke achtergrondstraling die afkomstig is uit de aardkorst en de kosmos veroorzaakt (op zeeniveau) een stralingsveldsterkte die overeenkomt met een geabsorbeerd dosistempo in lucht van ongeveer 0,07 microgray per uur, ofwel ongeveer 70 nanogray per uur. Röntgentoestellen kunnen een extreme hoge ‘stralingssterkte’ veroorzaken. Binnen de primaire stralingsbundel van toestellen die worden gebruikt voor medische röntgendiagnostiek varieert de waarde van het geabsorbeerde dosistempo in lucht, van enkele milligray per seconde tot honderden milligray per seconde.


SBD-TU/e

SBD 03-10009-8&9a


pag 13 / 13

In het dagelijkse spraakgebruik wordt de naam ingekort tot equivalent dosistempo, maar meestal wordt

simpelweg gesproken over het ‘dosistempo’.

Dat het om een begrip gaat uit de familie van equivalente dosis, komt tot uitdrukking in de te

gebruiken eenheid. In het formele SI-stelsel is dat een sievert per seconde [Sv/s]. Omdat dit een

onpraktisch grote maat is, worden in de praktijk van stralingsdosimetrie kleinere eenheden gebruikt.

Meestal gebruikt men microsievert per uur [µSv/h] .

Bij zeer laag dosistempo gebruikt men beter nanosievert of picosievert per uur.

Bij hoog tempo heeft microsievert per minuut, de voorkeur.

Op grond van de definitie van de equivalente dosis geldt voor stralingssoorten met een kwaliteitsfactor gelijk aan 1, dat getalwaarden voor het equivalente dosistempo dus altijd hetzelfde zijn als voor geabsorbeerd dosistempo in weefselequivalent materiaal. Alleen de eenheden zijn verschillend. Aan de eenheden kan men dan ook herkennen welk begrip wordt gebruikt.

Exposie en exposietempo Naast de diverse varianten van de meetgrootheid dosistempo bestaat er specifiek en uitsluitend voor

het meten van röntgenstraling een grootheid die exposietempo wordt genoemd.

In het grijze verleden was het meten van ‘dosis’ of ‘dosistempo’ nauwelijks mogelijk zonder grote

praktische problemen. Voor metingen van röntgenstraling, was er wel een praktisch alternatief. Uit de

beginjaren van toepassingen van röntgenstraling dateert een meetgrootheid die pas veel later exposie is

gaan heten. Het is een verhoudingsgewijs eenvoudig meetbare grootheid waarmee het ioniserende

vermogen van röntgenstraling in lucht wordt gekarakteriseerd. Dit komt feitelijk neer op het meten van

de vrijgemaakte elektrostatische lading van ionen of elektronen.

De historische maat voor de vrijgemaakte lading in lucht, was de röntgen [afgekort met symbool R];

en hiervan afgeleid bestaan de milliröntgen [mR] en de microröntgen [µR].

De historische waarde van een röntgen, was gebaseerd op de hoeveelheid elektrostatische lading die in

1 kubieke centimeter lucht wordt vrijgemaakt door invallende röntgenstraling. Omgerekend in het

huidige SI-stelsel van eenheden, komt een exposie van 1 röntgen overeen met een vrijgemaakte lading

van 2,58 × 10-4 coulomb per kilogram lucht; onder standaardcondities voor de temperatuur en druk.

Omgekeerd geldt dat 1 coulomb per kilogram lucht overeenkomt met 3381 röntgen.

De snelheid waarmee de lading in lucht wordt vrijgemaakt, noemen we het exposietempo.

Het exposietempo geeft aan hoeveel elektrische lading, per tijdseenheid wordt vrijgemaakt in lucht, per

eenheid van massa. De SI-meeteenheid voor exposietempo is dan ook Coulomb per kilogram lucht,

per tijdseenheid: ofwel [C/kg] per tijdseenheid.

Vóór de invoering van het SI-stelsel van grootheden en eenheden, werd het exposietempo uitgedrukt

in het aantal röntgen per tijdseenheid, zoals röntgen per uur, röntgen per minuut of het daarvan

afgeleide praktisch eenheden als milliröntgen per uur; microröntgen per minuut, enz.

De verouderde eenheid röntgen als maat voor exposie in lucht, werd vroeger ten onrechte gebruikt als

maat voor de ‘exposiedosis’ door röntgenstraling bij medische röntgentoepassingen. Pas na verloop

van vele tientallen jaren is het inzicht gegroeid in zuivere begripsomschrijving tussen enerzijds

‘exposie en exposietempo’ om het stralingsveld te karakteriseren en anderzijds ‘dosis en dosistempo’

om de feitelijke blootstelling aan straling te beschrijven in maat en getal. Men moet erop bedacht zijn

dat de röntgen nog vaak (ten onrechte) wordt gebruikt als een dosiseenheid.

Men dient te weten dat het begrip exposie en exposietempo slechts zeer beperkt kunnen worden

gebruikt, namelijk uitsluitend als men van doen heeft met röntgenstraling of laagenergetische gamma

straling. Voor hoogenergetische gammastraling en alle andere stralingssoorten zijn deze begrippen niet

bruikbaar.


SBD-TU/e

13 SBD &9a DOSISBEGRIPPEN VOOR STRALINGSBESCHERMING Chris J. Huyskens

Recommend Documents