吸収線量

吸収線量とは、電離放射線が生体に蓄積する特定のエネルギー（単位質量あたりのエネルギー）を表す線量量です。吸収線量は、放射線防護（有害な影響の低減）と放射線腫瘍学（癌治療などの潜在的な有益な効果）の両方において、生体組織への線量吸収量の計算に用いられます。また、放射線硬化など、無生物に対する放射線の影響を直接比較するためにも用いられます。

SI単位系はグレイ（Gy）で、物質1キログラムあたり1 ジュールのエネルギー吸収量と定義されています。 ^[¹^] SI単位系ではないCGS単位系の古いradも、主にアメリカ合衆国で使われることがあります。

確定的影響

従来、放射線防護においては、未修正吸収線量は、高レベルの急性線量による即時的な健康影響を示すためにのみ用いられてきました。これらは、急性放射線症候群などの組織への影響であり、確定的影響とも呼ばれています。これらは、短期間で確実に発生する影響です。より正確な検査手段が利用できない場合、被曝から嘔吐までの時間は、線量を定量化するための経験則として用いられることがあります。^{[ 3 ]}

急性放射線被曝の影響

放射線治療

線量計算

吸収線量は、放射線ビームの放射線被曝量（イオンまたはC /kg）にイオン化される媒体のイオン化エネルギーを乗じたものに等しくなります。

例えば、20℃、101.325kPaの圧力における乾燥空気のイオン化エネルギーは33.97 ± 0.05 J/C . ^{[ 5 ]}（イオン対あたり33.97 eV）したがって、2.58 × 10 ⁻⁴ C/kg（1レントゲン）の吸収線量はこれらの条件では乾燥空気中では 8.76 × 10 ⁻³ J/kg （0.00876 Gyまたは0.876 rad）です。

吸収線量が均一でない場合、または吸収線量が身体や物体の一部にのみ適用される場合は、各ポイントでの吸収線量の質量加重平均を取ることによって、物体全体を代表する吸収線量を計算できます。

より正確には、^{[ 6 ]}

${\overline {D}}_{T}={\frac {\displaystyle \int _{T}D(x,y,z)\,\rho (x,y,z)\,dV}{\displaystyle \int _{T}\rho (x,y,z)\,dV}}$

どこ

${\overline {D}}_{T}$ アイテム全体の質量平均吸収線量です。 $T$
$T$ 興味のある項目です。
$D(x,y,z)$ 吸収線量密度（単位体積あたりの吸収線量）を場所の関数として表します。
$\rho (x,y,z)$ 密度（単位体積あたりの質量）は場所の関数です。
$V$ ボリュームです。

確率的リスク - 等価線量への変換

確率的放射線リスクは、長期にわたる癌誘発および遺伝的影響の発生確率として定義されますが、放射線の種類と照射を受けた組織の感受性を考慮する必要があり、シーベルト単位のリスク係数を算出するには修正係数が必要となります。線形閾値なしモデルに基づくと、1シーベルトで最終的に癌を発症する確率は5.5%です。^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}この計算は吸収線量から始まります。

確率的リスクを表すために、線量量である等価線量H _Tと実効線量Eが用いられ、吸収線量からこれらを計算するために適切な線量係数と係数が用いられる。^{[ 9 ]}等価線量と実効線量はシーベルトまたはレムの単位で表され、これは生物学的影響が考慮されていることを意味する。確率的リスクの導出は、国際放射線防護委員会（ICRP）と国際放射線単位測定委員会（ICRU）の勧告に従っている。これら委員会によって開発された一貫した放射線防護量の体系は、添付の図に示されている。

ガンマ線やX 線による全身放射線の場合、修正係数は数値的に 1 に等しくなります。つまり、その場合、グレイでの線量はシーベルトでの線量に等しくなります。

吸収線量概念とグレイスケールの発展

ヴィルヘルム・レントゲンは1895 年 11 月 8 日に初めてX 線を発見し、X 線は医療診断、特に骨折や異物埋入の診断に急速に利用され、従来の技術に比べて革命的な進歩を遂げました。

X線の広範な利用と電離放射線の危険性に対する認識の高まりにより、放射線強度の測定基準が必要となり、各国がそれぞれ異なる定義と方法を用いて独自の基準を策定しました。最終的に、国際標準化を促進するため、1925年にロンドンで開催された第1回国際放射線会議（ICR）において、測定単位を検討する独立した機関の設立が提案されました。これは国際放射線単位測定委員会（ICRU）^{[ a ]}と名付けられ、1928年にストックホルムで開催された第2回ICRにおいて、マンネ・ジークバーン議長の下、発足しました。^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ b ]}

X 線強度を測定する最も初期の技術の 1 つは、空気を満たした電離箱を使用して空気中の X 線による電離効果を測定することであった。最初の ICRU 会議で、X 線量の 1 単位は0 °Cおよび 1標準気圧の乾燥空気 1立方センチメートルあたり 1 esuの電荷を生成する X 線の量として定義されるべきであると提案された。この放射線曝露の単位は、5 年前に亡くなったヴィルヘルム・レントゲンに敬意を表してレントゲンと名付けられた。1937 年の ICRU 会議で、この定義はガンマ線に適用されるように拡張された。^[¹²^]このアプローチは、標準化においては大きな前進であったが、人体組織を含むさまざまなタイプの物質における放射線の吸収、したがって電離効果を直接測定するものではないという欠点があり、特定の状況下における X 線の効果、つまり乾燥空気中の電離効果のみを測定するものであった。^[¹³^]

1940年、人体組織に対する中性子損傷の影響を研究していたルイス・ハロルド・グレイは、ウィリアム・バレンタイン・メイノルド、そして放射線生物学者ジョン・リードと共に、 「グラム・レントゲン」 （記号：gr）と呼ばれる新しい測定単位を提案する論文を発表しました。この単位は「単位体積の水に1レントゲンの放射線がもたらすエネルギー増加分に等しい、単位体積の組織におけるエネルギー増加分を生み出す中性子放射線量」と定義されました。^{[ 14 ]} この単位は空気中で88エルグに相当することが分かり、後に吸収線量として知られるようになった値は、レントゲンが表す放射線被曝量や強度だけでなく、放射線と照射物質の相互作用に依存するものとなりました。1953年、ICRU（国際放射線連合）は吸収放射線の新しい測定単位として、100エルグ/グラムに相当するラド（rad）を推奨しました。ラドはコヒーレントなcgs単位で表されました。^{[ 12 ]}

1950年代後半、CGPMはICRUに対し、他の科学団体と協力して国際単位系（SI）の策定に取り組むよう要請した。 ^{[ 15 ]}吸収放射線のSI単位系は、従来のradの定義と同様に単位質量あたりのエネルギーとして定義されることが決定されたが、MKS単位系ではJ/kgとなる。これは1975年の第15回CGPMで確認され、この単位は1965年に亡くなったルイス・ハロルド・グレイに敬意を表して「グレイ」と名付けられた。グレイはcgs単位系である100radに相当した。

その他の用途

吸収線量は、さまざまな分野で放射線を管理し、無生物に対する電離放射線の影響を測定するためにも使用されます。

コンポーネントの生存性

吸収線量は、電離放射線環境における電子部品などのデバイスの生存可能性を評価するために使用されます。

放射線耐性強化

無生物によって吸収される吸収線量の測定は、電子機器の放射線の影響に対する耐性を向上させる放射線強化プロセスにおいて極めて重要です。

食品照射

吸収線量とは、照射食品が効果を保証するために適切な線量を照射されていることを確認するために用いられる物理的な線量です。用途に応じて様々な線量が用いられ、最大70kGyに達することもあります。

放射線関連量

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。

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^{[ 16 ]} 、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^{[ 17 ]。}

参照

注記

^元々は国際X線ユニット委員会として知られていた
^開催国は初期のICRU会議の議長を指名した。

参考文献

^ ICRP 2007、用語集。
^ 「放射線の測定」 NRCウェブ。2025年5月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年10月6日閲覧。
^ 「放射線被曝と汚染 - 傷害、中毒」 Merck Manuals Professional Edition . 2023年5月20日閲覧。
^ 「放射線被曝と汚染 - 傷害、中毒 - Merck Manuals プロフェッショナル版」 Merck Manuals プロフェッショナル版. 2017年9月6日閲覧。
^ Boutillon, M; Perroche-Roux, AM (1987-02-01). 「乾燥空気中の電子のW値の再評価」 . Physics in Medicine and Biology . 32 (2): 213– 219. Bibcode : 1987PMB....32..213B . doi : 10.1088/0031-9155/32/2/005 . ISSN 0031-9155 . S2CID 250751778 .
^ ICRP 2007、1ページ。
^ 「国際放射線防護委員会の2007年勧告」ICRP年報. ICRP出版物103. 37 ( 2-4 ). 2007年. ISBN 978-0-7020-3048-2. 2012年5月17日閲覧。
^ ICRPは、「約100mSv未満の低線量域では、関連する臓器や組織における等価線量の増加に正比例して、がんや遺伝的影響の発生率が上昇すると科学的に考えることができる」と述べている。ICRP出版物103、64項
^ ICRP 2007、パラグラフ104および105。
^ Siegbahn, Manne; et al. (1929年10月). 「国際X線単位委員会の勧告」(PDF) .放射線学. 13 (4): 372–3 . doi : 10.1148/13.4.372 . S2CID 74656044. 2012年5月20日閲覧.
^ 「ICRUについて - 歴史」国際放射線単位測定委員会。 2012年5月20日閲覧。
^ ^a ^b Guill, JH; Moteff, John (1960年6月). 「ヨーロッパとソ連における線量測定」 .第三太平洋地域会議論文 — 原子力用途における材料. 放射線影響と線量測定に関するシンポジウム - 第三太平洋地域会議. 米国材料試験協会, 1959年10月, サンフランシスコ, 1959年10月12～16日. 米国協会技術出版物. 第276巻. ASTMインターナショナル. p. 64. LCCN 60014734. 2012年5月15日閲覧.
^ Lovell, S. (1979). 「4. 線量測定量と単位」 .放射線線量測定入門. ケンブリッジ大学出版局. pp. 52– 64. ISBN 0-521-22436-5. 2012年5月15日閲覧。
^ Gupta, SV (2009-11-19). 「ルイス・ハロルド・グレイ」 . 『計測単位：過去、現在、そして未来：国際単位系』 . Springer. p. 144. ISBN 978-3-642-00737-8. 2012年5月14日閲覧。
^ 「CCU：単位諮問委員会」国際度量衡局（BIPM） . 2012年5月18日閲覧。
^ 10 CFR 20.1004 .米国原子力規制委員会.2009年.
^欧州共同体理事会 (1979年12月21日). 「1979年12月20日の理事会指令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。

文学

ICRP (2007). 「国際放射線防護委員会の2007年勧告」 . ICRP年報. ICRP出版物103. 37 ( 2–4 ). ISBN 978-0-7020-3048-2. 2012年5月17日閲覧。

外部リンク

『線量測定と放射線学的評価に重要な核種の特定ガンマ線量定数』、Laurie M. Unger および D. K. Trubey、オークリッジ国立研究所、1982 年 5 月- 約 500 種類の放射性核種のガンマ線量定数 (組織内) が記載されています。