線量測定

ジョアンナ・イジェフスカがフランク・レッカー大使とその代表団にIAEA線量測定研究所を案内しました。

保健物理学および放射線防護の分野における放射線線量測定とは、物体（通常は人体）が吸収する電離放射線量の測定、計算、および評価です。これは、放射性物質の摂取または吸入による内部被曝と、放射線源からの放射線照射による外部被曝の両方に適用されます。

内部線量評価は、さまざまなモニタリング、生物学的検定、放射線画像技術に依存しており、一方、外部線量評価は線量計による測定、または他の放射線防護機器による測定から推定されます。[1]

放射線線量測定は放射線防護に広く利用されており、放射線被曝が予想される場合や、スリーマイル島、チェルノブイリ、福島の放射性物質放出事故の収束後など、放射線被曝が予期されない場合など、職業上の放射線作業員のモニタリングに日常的に適用されています。公衆の被曝線量は、ガンマ線の環境測定、放射性粒子モニタリング、放射能汚染レベルの測定など、様々な指標から測定・算出されます。

その他の重要な放射線線量測定分野は、必要な治療吸収線量と付随的吸収線量をモニタリングする医療分野と、建物内のラドンモニタリングなどの環境分野です。

放射線量の測定

外部線量

電離放射線による吸収線量を測定する方法はいくつかある。職業上放射性物質に接触する人、あるいは放射線に被曝する可能性のある人は、日常的に個人線量計を携帯している。これらは、被曝線量を記録し表示するために特別に設計されている。伝統的には、フィルムバッジ線量計として知られる写真フィルムを内蔵したロケットが被測定者の衣服に固定されていた。これらは現在、熱ルミネッセンス線量測定（TLD）、光刺激ルミネッセンス（OSL）、蛍光核領域検出器（FNTD）バッジなどの他の装置に大きく置き換えられている。[2] [3]

国際放射線防護委員会（ICRP）のガイダンスでは、全身被曝を想定し、被曝線量を代表する部位に個人線量計を装着した場合、個人線量当量Hp(10)の値は放射線防護に適した実効線量値を推定するのに十分であるとされています。個人線量当量とは、個人線量計による放射線測定に用いるために特別に設計された放射線量です。[4]線量計は、規制目的で個人の線量を記録することが承認されている場合、「法定線量計」と呼ばれます。放射線が均一でない場合、このような個人線量計は身体の特定の部位を代表しない可能性があり、その場合は問題となる部位で追加の線量計が使用されます。

電子個人線量計（EPD）と呼ばれる電子機器が、半導体検出技術とプログラム可能なプロセッサ技術を用いて広く普及しています。これらはバッジのように装着されますが、瞬間線量率を表示し、線量率または積算線量を超えた場合には、音声と視覚による警報を発することができます。装着者は、記録された線量率と現在の線量率など、多くの情報をローカルディスプレイから即座に得ることができます。これらは、メインのスタンドアロン線量計として使用することも、他の機器の補助として使用することもできます。EPDは、高い線量率が予想される場合の線量のリアルタイムモニタリングに特に有用であり、装着者の被曝時間を制限することができます。

状況によっては、当該者が作業していた区域に設置された固定計測機器の測定値から線量を推定することが可能です。これは通常、個人線量計が支給されていなかった場合、または個人線量計が破損もしくは紛失した場合にのみ用いられます。このような計算は、被ばく線量の可能性について悲観的な見方をすることになります。

内部線量

内部線量測定は、人体への放射性核種の摂取による預託線量を評価するために使用されます。

医療線量測定

医療線量測定とは、放射線治療における吸収線量の計算と線量投与の最適化を指します。多くの場合、この分野の専門的な訓練を受けた専門の医療物理学者によって実施されます。放射線治療の実施計画を立てるために、線源から発生する放射線は通常、医療物理学者によって測定された深部線量率曲線と線量プロファイルによって特徴付けられます。[5]

放射線治療では、ゲル線量測定法と呼ばれる技術を用いて3次元線量分布を評価することがよくあります。[6]

環境線量測定

環境線量測定は、環境からかなりの放射線量が発生する可能性がある場合に使用されます。その一例がラドンモニタリングです。一般公衆に対する最大の放射線被曝源は天然のラドン ガスで、年間背景線量の約 55% を占めます。米国では、肺がんの 10% の原因がラドンであると推定されています。ラドンはウランの崩壊によって発生する放射性ガスで、地殻にさまざまな量で存在します。特定の地域では、地質学的な理由により、継続的にラドンが生成され、それが地表まで浸透します。場合によっては、ガスが蓄積する可能性のある建物内で線量がかなり高くなることがあります。建物の居住者が受ける可能性のある線量を評価するには、いくつかの特殊な線量測定技術が使用されます。

放射線被曝モニタリング

法定線量測定結果の記録は通常、使用される国の法的要件に応じて、一定期間保存されます。

医療放射線被ばくモニタリングとは、放射線機器から線量情報を収集し、そのデータを用いて医療現場での不必要な線量を減らす機会を特定することである。[5]

線量の測定

SI単位での外部放射線防護線量
SI放射線量単位の関係を示すグラフ

確率論的な健康リスクを考慮するために、吸収線量という物理量を等価線量と実効線量に変換する計算が行われます。その詳細は、放射線の種類と生物学的状況によって異なります。[7]放射線防護と線量測定評価への応用については、国際放射線量測定委員会（ICRP）と国際放射線単位測定委員会（ICRU）が、これらの計算に使用される推奨事項とデータを公開しています。

測定単位

放射線量にはさまざまな測定方法があり、その中には吸収線量( D ) も含まれます。

それぞれの測定単位はしばしば単に「線量」と表記され、混乱を招く可能性があります。特に米国ではSI単位系以外の単位が依然として使用されており、線量はラド、線量当量はレムで報告されることが多いです。定義上、1 Gy = 100 rad、1 Sv = 100 remです。

基本的な量は吸収線量（D）で、これは物質の単位質量（dm）あたりに[電離放射線によって]与えられる平均エネルギー（dE）として定義されます（D = dE/dm）[8]。吸収線量のSI単位系はグレイ（Gy）で、1キログラムあたり1ジュールと定義されます。吸収線量は点測定として、放射線治療における腫瘍線量など、局所的（すなわち臓器の一部）な被曝を表すのに適しています。関与する組織の量と種類が明記されていれば、確率的リスクの推定に使用できます。局所的な診断線量レベルは通常、0～50 mGyの範囲です。1ミリグレイ（mGy）の光子放射線線量では、各細胞核を平均1つの自由電子飛跡が横切ります。[9]

等価線量

特定の生物学的効果を生じるために必要な吸収線量は、光子、中性子、アルファ粒子など、放射線の種類によって異なります。これは等価線量（H）によって考慮されます。等価線量は、放射線の種類R（D T,R）ごとの臓器Tへの平均線量として定義され、重み付け係数W Rを乗じたものです。これは、放射線の種類ごとの生物学的効果（RBE）を考慮するように設計されています。[8]例えば、同じ吸収線量（Gy）の場合、アルファ粒子はX線やガンマ線の20倍の生物学的効果があります。「線量当量」の指標は臓器平均ではなく、現在では「実用量」としてのみ使用されています。等価線量は、放射線被ばくによる確率的リスクの推定を目的としています。確率的効果は、放射線量評価において、がん誘発および遺伝的損傷の確率として定義されます。[10]

線量は臓器全体で平均化されるため、等価線量は急性放射線影響や放射線治療における腫瘍線量を評価するのにほとんど適していません。確率的影響の推定においては、線量反応が線形であると仮定すれば、与えられる総エネルギーは変わらないため、この平均化は影響を及ぼさないはずです。

放射線加重係数WR（以前はQ係数と呼ばれていた）は、 ICRP報告書103 [11]に従って相対生物学的効果を表すために使用される。

放射線エネルギーW R (旧 Q)
X線、ガンマ線、
ベータ線、ミューオン		 1
中性子1MeV未満2.5 + 18.2·e −[ln(E)]²/6
1MeV～50MeV5.0 + 17.0·e −[ln(2·E)]²/6
> 50MeV2.5 + 3.25·e −[ln(0.04·E)]²/6
陽子、荷電パイオン 2
アルファ線、
核分裂生成物、
重い原子核		 20

有効線量

実効線量とは、確率的健康影響の発生が許容できないレベル以下に抑えられ、組織反応が回避されることを保証するために被ばく限度を指定するために使用される放射線防護の中心的な線量量である。[12]

身体の異なる部位への局所的な被ばくによる確率的リスクを比較すること（例：胸部X線検査と頭部CTスキャンの比較）、あるいは同じ身体部位への被ばくであっても被ばくパターンが異なる場合（例：心臓CTスキャンと心臓核医学スキャンの比較）は困難です。この問題を回避する一つの方法は、局所的な被ばく線量を全身にわたって単純に平均化することです。このアプローチの問題点は、がん誘発の確率的リスクが組織ごとに異なることです。

実効線量Eは、各組織に固有の加重係数（ WT ）を適用することで、この変動を考慮に入れるように設計されています。実効線量は、局所被ばくと同じリスクを与える等価全身線量を提供します。これは、各臓器への等価線量（HT ）の合計として定義され、それぞれの組織加重係数（WT）を乗じます。

加重係数は、国際放射線防護委員会（ICRP）によって、各臓器のがん誘発リスクに基づき、関連する致死率、生活の質、および生存損失年数を考慮して調整されて算出されます。照射部位から離れた臓器は、（主に散乱の影響により）わずかな等価線量しか受けないため、たとえその臓器の加重係数が高くても、実効線量への影響は小さくなります。

実効線量は、母集団の平均である「基準」人物の確率的リスクを推定するために使用されます。これは、個々の医療被ばくの確率的リスクの推定には適しておらず、急性放射線影響の評価にも使用されません。

異なる臓器の重み付け係数[13]
臓器組織重み係数
ICRP30(I36)
1979		ICRP60(I3)
1991		ICRP103(I6)
2008
生殖腺0.250.200.08
赤色骨髄0.120.120.12
結腸–0.120.12
肺0.120.120.12
胃–0.120.12
胸0.150.050.12
膀胱–0.050.04
肝臓–0.050.04
食道–0.050.04
甲状腺0.030.050.04
肌–0.010.01
骨表面0.030.010.01
唾液腺––0.01
脳––0.01
残りの遺体0.300.050.12

線量と線源または電界強度の関係

放射線量とは、物質に蓄積されるエネルギーの量、および／または放射線の生物学的影響を指します。放射線源の放射能の単位（ベクレル、Bq）や放射線場の強度（フルエンス）と混同しないでください。シーベルトに関する記事では、線量の種類とその計算方法の概要を説明しています。放射線源への曝露によって生じる線量は、放射線の放射能、曝露時間、放出される放射線のエネルギー、放射線源からの距離、遮蔽物の量など、多くの要因に依存します。

背景放射線

世界平均の人体背景線量は年間約3.5mSv [1]で、そのほとんどは宇宙線と地球上の天然同位元素に由来します。一般公衆が受ける放射線被曝の最大の原因は天然ラドンガスであり、年間背景線量の約55%を占めています。米国では、肺がんの10%がラドンに起因すると推定されています。

計測機器の校正標準

人体はおよそ 70% が水で、全体の密度は 1 g/cm 3に近いため、線量測定は通常、水への線量として計算および較正されます。

英国国立物理学研究所（NPL）などの国家標準研究所は、電離箱やその他の測定機器の測定値を吸収線量に変換するための校正係数を提供しています。標準研究所は一次標準として機能し、通常は絶対熱量測定（物質がエネルギーを吸収する際の温度上昇）によって校正されます。ユーザーは二次標準を研究所に送り、そこで二次標準は既知量の放射線（一次標準から導出）に照射され、機器の測定値をその線量に変換するための係数が発行されます。ユーザーは二次標準を用いて、他の機器の校正係数を導出することができ、これらの機器は三次標準、つまりフィールド機器となります。

NPLは、絶対光子線量測定用のグラファイト熱量計を運用しています。グラファイトは水の6分の1の比熱容量を持つため、水の代わりに使用されます。そのため、グラファイトの温度上昇は水中の同量のグラファイトよりも6倍高く、測定精度が向上します。しかし、微小な温度変化を測定するためには、グラファイトを周囲の環境から遮断することが大きな課題となります。人体に対する致死量の放射線量は約10～20 Gyです。これは1キログラムあたり10～20ジュールに相当します。したがって、1 cm 3のグラファイト片（重量2グラム）は約20～40 mJの放射線を吸収します。比熱容量が約700 J·kg −1 ·K −1であるため、これはわずか20 mKの温度上昇に相当します。

放射線治療における線量計（外部放射線治療における線形粒子加速器）は、電離箱[14]やダイオード技術、ゲル線量計[6]を使用して定期的に校正されています。

次の表は、SI 単位と非 SI 単位での放射線量を示しています。

電離放射線関連量
量ユニットシンボル導出年SI相当値
活動（A）ベクレルベクレル秒−11974SI単位
キュリーCi3.7 × 10 10 秒−119533.7 × 10 10 ベクレル
ラザフォード道路10 6 秒−11946100万 ベクレル​
露出（X）クーロン/キログラムC/kg空気のC⋅kg −11974SI単位
レントゲンRえす/0.001 293  gの空気19282.58 × 10 −4  C/kg
吸収線量（D）グレーギJ ⋅kg −11974SI単位
エルグ/グラムエルグ/グラムエルグ⋅グ−119501.0 × 10 −4 グレイ
ラドラド100 エルグ⋅グ−119530.010グレイ
等価線量（H）シーベルトスヴェトJ⋅kg −1 × W R1977SI単位
レントゲン当量男性レム100 erg⋅g −1 × W R19710.010シーベルト
実効線量（E）シーベルトスヴェトJ⋅kg −1 × W R × W T1977SI単位
レントゲン当量男性レム100 erg⋅g −1 × W R × W T19710.010シーベルト

米国原子力規制委員会はSI単位に加えてキュリー、ラド、レムの単位の使用を許可しているが[15] 、欧州連合の 欧州計量単位指令では1985年12月31日までに「公衆衛生目的」でのこれらの単位の使用を段階的に廃止することを義務付けている[16]。

参照

注記

  1. ^ Toohey, RE「内部線量測定の基本概念」(PDF)。
  2. ^ 「放射線線量測定 - 入門」（PDF） .
  3. ^ 「Avo Photonics、LANDAUER向けに次世代放射線検出装置を開発」2021年7月。
  4. ^ ヴァレンティン2007年、71ページ。
  5. ^ ab グラハム、サーシャ；ミルズ、マイケル（2021）「なぜ医療線量測定は米国でのみ専門職となっているのか、そしてこれは世界中の医療物理士にとって何を意味するのか？」応用臨床医療物理学ジャーナル. 22 (8): 4– 5. doi :10.1002/acm2.13362. PMC 8364271. PMID 34272815  . 
  6. ^ ab Baldock, C.; De Deene, Y.; Doran, S.; Ibbott, G.; Jirasek, A.; Lepage, M.; McAuley, KB; Oldham, M.; Schreiner, LJ (2010年3月7日). 「ポリマーゲル線量測定法」. Physics in Medicine and Biology . 55 (5): R1–63. Bibcode :2010PMB....55R...1B. doi :10.1088/0031-9155/55/5/R01. ISSN  1361-6560. PMC 3031873. PMID 20150687  . 
  7. ^ 「DOE電離放射線量範囲チャート」（PDF） 2017年12月。
  8. ^ ab Seltzer, SM; Bartlett, DT; Burns, DT; Dietze, G.; Menzel, H.-G.; Paretzke, HG; Wambersie, A. (2011). 「国際放射線単位測定委員会」. Journal of the ICRU . 11 (1): NP.1–NP. doi :10.1093/jicru/ndr011. ISSN  1473-6691. PMID  24174259.
  9. ^ Feinendegen, LE (1990年5月1日). 「細胞線量概念：放射線防護への潜在的応用」. Physics in Medicine and Biology . 35 (5): 597– 612. Bibcode :1990PMB....35..597F. doi :10.1088/0031-9155/35/5/001. ISSN  0031-9155. PMID  2190240.
  10. ^ ヴァレンティン 2007、51ページ。
  11. ^ ヴァレンティン 2007、65ページ。
  12. ^ ヴァレンティン 2007、63-64ページ。
  13. ^ 電離放射線の発生源と影響(PDF) (報告書). 第1巻. ニューヨーク: 国連原子放射線の影響に関する科学委員会. 2010年. p. 40. ISBN 978-92-1-142274-0。
  14. ^ Hill, Robin; Mo, Zhao; Haque, Mamoon; Baldock, Clive (2009). 「キロボルトX線ビームの相対線量測定における電離箱の評価」. Medical Physics . 36 (9): 3971– 3981. Bibcode :2009MedPh..36.3971H. doi :10.1118/1.3183820. ISSN  0094-2405. PMID  19810470.
  15. ^ 10 CFR 20.1004. 米国原子力規制委員会. 2009年.
  16. ^ 欧州共同体理事会（1979年12月21日）「1979年12月20日付理事会指令80/181/EEC：加盟国の測定単位に関する法律の近似化及び指令71/354/EECの廃止について」 。 2012年5月19日閲覧。

参考文献

  • Valentin, J. 編 (2007), 国際放射線防護委員会の2007年勧告, 第37巻, doi :10.1177/ANIB_37_2-4 (2025年7月17日現在休止), ISBN 978-0-7020-3048-2、ISSN  0146-6453 、 2024年8月11日閲覧{{citation}}: CS1 maint: DOI inactive as of July 2025 (link)
  • 電離箱 アーカイブ 2017年10月29日ウェイバックマシン
  • [2] – 「放射線線量測定の混乱した世界」 – MA Boyd、米国環境保護庁。米国とICRPの線量測定システムの時系列的な差異に関する説明。
  • Tim Stephens と Keith Pantridge、「線量測定、個人モニタリングフィルム」（写真との関係の観点から見た線量測定に関する短い記事、Philosophy of Photography、第 2 巻、第 2 号、2011 年、153 ～ 158 ページ）
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