Äquivalentdosis

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Physikalische Größe
Name Äquivalentdosis
Formelzeichen der Größe H
Abgeleitet von Energiedosis
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI Sv L2·T−2

Äquivalentdosis ist eine Dosisangabe für ionisierende Strahlung, die im Strahlenschutz verwendet wird. Die Strahlenwirkung auf lebende Organismen hängt nicht nur von der physikalischen Energiedosis der aufgenommenen Strahlung ab, sondern auch von der relativen biologischen Wirksamkeit (RBW) der jeweiligen Strahlungsarten; z. B. sind Schwerionen um ein Vielfaches stärker wirksam als die gleiche Dosis Röntgenphotonen. Dem tragen die gewichteten Angaben der Äquivalentdosis Rechnung.

Die Äquivalentdosis berechnet man aus der Energiedosis (in Joule pro Kilogramm J/kg), die in einem genormten Phantom gemessen wird, multipliziert mit einem dimensionslosen Faktor für die Strahlenart. Dieser Faktor gibt zur Vereinfachung nicht die genaue RBW wieder, sondern einen groben Schätzwert, den Qualitätsfaktor bzw. Strahlenwichtungsfaktor.

Wenn mehrere Strahlenarten gleichzeitig einwirken, werden ihre Äquivalentdosen addiert. Die Äquivalentdosis hat dieselbe Einheit wie die Energiedosis, da der Wichtungsfaktor dimensionslos ist. Zur Unterscheidung wird sie in der Einheit Sievert (Sv) angegeben.

Die Äquivalentdosisleistung ist die pro Zeiteinheit aufgenommene Äquivalentdosis, angegeben z. B. in Sv/h.

Die Definition wurde 1990 von der internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) veröffentlicht. Der Begriff „Qualitätsfaktor“ ist der Veröffentlichung Nr. 51[1] der International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) entnommen.[2] Zunächst sollte der Qualitätsfaktor aus dem LET der Strahlungsart berechnet werden, nach Empfehlung der ICRP (1990) verwendet man aber weltweit feste, tabellierte sogenannte Strahlungswichtungsfaktoren w_R.

In Deutschland sind die Definitionen und Wichtungsfaktoren seit 2001 in der Strahlenschutz- und Röntgenverordnungen verbindlich. Für medizinische Röntgen- und Gammastrahlen beträgt w_R = 1, d. h. die Äquivalentdosis ist gleich der Energiedosis.

Berechnung[Bearbeiten]

Die Äquivalentdosis H berechnet sich als Produkt aus Strahlenwichtungsfaktor w_R und Energiedosis D:

H = w_R \cdot D

Größenordnung der Strahlenbelastung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Strahlenbelastung

Die natürliche Strahlenexposition (kosmische Strahlung, terrestrische Strahlung, Ingestion durch Nahrungsmittel und die Belastung durch Einatmen von natürlichem Radon-222) führt zu einer Strahlenbelastung (effektive Dosisleistung) der Größenordnung 2,1 mSv pro Jahr; etwa die Hälfte dieses Wertes wird durch Radon verursacht. Die durch medizinische Anwendungen bewirkte Dosis ist in einer vergleichbaren Größenordnung, so dass durchschnittlich etwa 4 mSv pro Jahr auf Mitteleuropäer entfallen. Die Exposition aufgrund medizinischer Diagnostik kann bei einzelnen Untersuchungen, wie etwa einer Computertomographie-Untersuchung des Bauchraumes, leicht über 10 mSv erreichen. Der gesetzliche Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen, also die maximal zulässige Exposition, beträgt in Deutschland 20 mSv pro Jahr.[3] Eine Einzeldosis von mehr als 6 Sv (= 6000 mSv) führt durch Strahlenkrankheit ohne weitere Behandlung binnen Tagen zum Tod.

Historisches[Bearbeiten]

Die Äquivalentdosis wurde früher in Rem (roentgen equivalent man) angegeben. 1 Sv ist gleich 100 Rem.

Berechnungsgrundlage war bis zur Novellierung der Strahlenschutzverordnung u. a. der Bewertungsfaktor q (RBW-Faktor), welcher das Produkt aus dem Qualitätsfaktor Q und einem modifizierenden Faktor N war. Während der Qualitätsfaktor die unterschiedliche biologische Wirksamkeit verschiedener Strahlungsarten berücksichtigte, wurde mit dem modifizierenden Faktor unterschiedlichen räumlichen Strahlungsverteilungen Rechnung getragen.

H = q \cdot D = Q \cdot N \cdot D

mit

H: Äquivalentdosis
D: Energiedosis

Bei äußerer Bestrahlung ist N = 1. Bei innerer Exposition berücksichtigt der Wert von N unter anderem, wie der radioaktive Stoff in den Körper gelangt ist und in welchem Organ sich das radioaktive Element anreichern kann. Zu berücksichtigen ist auch die Ausscheidungsrate und die Strahlungsart; zum Beispiel ist Alpha-Strahlung außerhalb des Körpers aufgrund ihrer geringen Reichweite (Absorption durch äußere Hautschicht) relativ ungefährlich, im Körper aber aufgrund ihrer hohen Ionisierungsrate sehr schädigend.

In der Praxis wurde dem modifizierenden Faktor jedoch immer der Wert N=1 zugewiesen, weshalb schließlich auf ihn verzichtet wurde.[4]

Verwechslungsgefahr[Bearbeiten]

Der englische Begriff equivalent dose bezeichnet nicht (!) die Äquivalentdosis, sondern die Organdosis. Die Übersetzung für Äquivalentdosis ist dose equivalent.[5]

Siehe auch[Bearbeiten]

  • Die Personendosis ist eine Äquivalentdosis, die mit einem Personendosimeter gemessen wird.
  • Die Ortsdosis und Ortsdosisleistung ist eine Äquivalentdosis/-leistung, die an Orten oder in Räumen einem fest installierten Dosimeter gemessen wird.
  • Die Organdosis ist die Äquivalentdosis eines einzelnen Organs oder Gewebes.
  • Die Effektivdosis ist die Summe der Organdosen multipliziert mit den Gewebewichtungsfaktoren. Sie ist keine einfache Strahlenschutzgröße, sondern soll das Risiko eines strahlenexponierten Menschen möglichst genau erfassen.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU): Quantities and Units in Radiation Protection. ICRU Report 51, Bethesda, 1993
  2. Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)
  3. Grenzwerte im beruflichen Strahlenschutz. Bundesamt für Strahlenschutz, 7. Mai 2013, abgerufen am 18. November 2013.
  4. Hanno Krieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes. B. G. Teubner, Wiesbaden 2004, ISBN 3-519-00487-9, S. 309f.
  5. Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) von 2007. ICRP-Veröffentlichung 103. Verabschiedet im März 2007. Veröffentlichungen der Internationalen Strahlenschutzkommission. Deutsche Ausgabe herausgegeben vom Bundesamt für Strahlenschutz. (pdf Online 1,1 MB)