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Dosis

Ionisierende Strahlung, Dosimeter KernphysikBiophysik, Strahlungsdosis, Energiedosis, Absorptionsdosis, Energie der ionisierenden Strahlung, die vom bestrahlten Material aufgenommen wurde, im Verhältnis zu dessen Masse. Der Begriff der Dosis quantifiziert die Strahleneinwirkung. Die Masseinheit der Energiedosis ist das Gray [Gy], 1 Gy = 1 J/kg. Eine ältere Einheit ist rad [rd] mit der Umrechnung 1 rd = 0,01 Gy. Häufig hängt der Effekt der Strahlung nicht nur vom Betrag der absorbierten Dosis, sondern auch von der zeitlichen Verteilung der Applikation ab. Deshalb gibt es den Begriff der Dosisleistung [Gy/s]. Die Dosimetrie ist die Lehre von den Verfahren zur Messung der Dosis.

1) Ionendosis: Die direkte kalorimetrische Messung der absorbierten Strahlenenergie ist schwer möglich, da die relevanten Energiebeiträge sehr klein sind. Ausserdem ist die Strahlenenergie zum Teil in Form von chemischer Energie festgelegt. Daher benutzt man zur Dosismessung die Eigenschaft ionisierender Strahlung, Gase zu ionisieren. Die dabei gemessene Ionendosis (Expositionsdosis) wird in Coulomb pro kg [C/kg] angegeben. Da die Energie zur Erzeugung eines Ionenpaares bekannt ist (34 eV in der Luft), kann man die Ionendosis in die Absorptionsdosis umrechnen (1 C/kg entspricht 34 Gy in der Luft bzw. 36-38 Gy im Wasser und im Gewebe für b- und g-Strahlung). Das Röntgen [R] ist eine veraltete Einheit der Ionendosis mit der Umrechnung 1R = 2,58 × 10 - 4 C/kg.

2) Äquivalentdosis: Selbst gleiche Energiedosen verschiedener Strahlenarten können höchst unterschiedliche biologische Wirkung haben. Die relative biologische Wirksamkeit RBW (Strahlenwirkung) einer Strahlenart ist das Verhältnis der Dosis DW einer Standardstrahlung (200-250 kV Röntgen) zu der Dosis D der untersuchten Strahlenart, die zum identischen biologischen Effekt führt:

Dosis.

Die Standardstrahlendosis DW wird auch Dosis-Äquivalent genannt (Äquivalentdosis). Ihre Einheit ist das Sievert [Sv]. Einer Dosis von 1 Gy einer Strahlenart mit dem RBW-Faktor 1 entspricht 1 Sv. Die veraltete Einheit der Äquivalentdosis ist rem (engl. roentgen equivalent men) mit der Umrechnung 1 rem = 0,01 Sv.

Die relative biologische Wirksamkeit einer Strahlenart hängt einerseits mit dem linearen Energieverlust des Strahlenpartikels im Gewebe zusammen (ionisierende Strahlung) und ist andererseits auch verschieden für unterschiedliche biologische Parameter und Bestrahlungsregimes. Während die relative Wirksamkeit von elektromagnetischer und b-Strahlung bei langandauernder Bestrahlung etwa 1 ist, ist sie für Neutronenstrahlung je nach Energie 3-10. Der natürliche Strahlungshintergrund (kosmische Strahlung, natürliche Radioaktivität des Bodens, der Luft und des Wassers) entspricht maximal 0,125 Sv pro Mensch und Jahr. Eine Ganzkörperbestrahlung von mehr als 4 Sv in kurzer Zeit führt ohne medizinisches Eingreifen zum Tode. Dieselbe Äquivalentdosis im Verlaufe eines Lebens hat keine sichtbaren Folgen. Eine Strahlendosis von 5 Sv pro Jahr wird bei professioneller Tätigkeit als maximal zulässig betrachtet. Therapeutische Bestrahlungen einzelner Organe und Gewebe können Dutzende Sievert umfassen.

Verschiedene Gewebe und Organe des Menschen tragen in unterschiedlichem Masse zur Strahlenwirkung bei. Bei ungleichmässiger Verteilung der Dosis über den ganzen Körper kann das Mass der Bestrahlung mit der sog. effektiven Äquivalentdosis DEW abgeschätzt werden:

Dosis,

wobei DW,i die Äquivalentdosis der Bestrahlung des i-ten Organes oder Gewebes ist und Wi den Beitrag des Organes bzw. Gewebes an den Bestrahlungsfolgen beschreibt (Tabelle). Die Summe aller Wirkkoeffizienten Wi ergibt 1.

Dosis: Beiträge Wi verschiedener menschlicher Gewebe und Organe an den Bestrahlungsfolgen für den ganzen Körper (nach einer Empfehlung der Internationalen Kommission für Strahlenschutz (ICRP)).

Gewebe/Organ

Wi

Gonaden

0,25

Brustdrüse

0,15

rotes Knochenmark

0,12

Lunge

0,12

Schilddrüse

0,03

Haut, Knochen

0,03

übrige Gewebe und Organe

0,30

 

3) Kollektive Dosis: Dieser Dosisbegriff wird zur Beschreibung der Bestrahlung von Populationen, z.B. von Menschengruppen, angewandt. Die gesamte Absorptions- bzw. Äquivalenzdosis der Population ist die Summe der entsprechenden Strahlungsdosen der Individuen. (Strahlenbelastung) [FE]

 

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