ケルマ（物理学）

放射線物理学において、カーマは「単位質量あたりに放出される運動エネルギー」（または「物質中で放出される運動エネルギー」[1]、「^材料中で放出される運動エネルギー」^{[ 2 ]} 、または「物質中で放出される運動エネルギー」^{[ 3 ]}）の頭文字をとった略語であり、物質サンプル中で非荷電電離放射線（すなわち、光子や中性子などの間接電離放射線）によって放出されるすべての荷電粒子の初期運動エネルギーの合計をサンプルの質量で割ったものとして定義されます。これは、次の商によって定義されます。${\displaystyle K=\operatorname {d} \!E_{\text{tr}}/\operatorname {d} \!m}$[ ^{4 ]​}

カーマのSI単位はグレイ（Gy）（またはジュール毎キログラム）であり、吸収線量の単位と同じです。ただし、カーマは、関係するエネルギーによっては吸収線量と異なる場合があります。これは、電離エネルギーが考慮されていないためです。低エネルギーではカーマは吸収線量とほぼ等しくなりますが、高エネルギーでは、吸収体積から制動放射（X線）や高速電子の形でエネルギーの一部が放出され、それが吸収線量としてカウントされないため、カーマは吸収線量よりもはるかに高くなります。

光子エネルギーは2段階のプロセスで物質に伝達されます。まず、さまざまな光子相互作用（例えば、光電効果、コンプトン散乱、電子対生成、光崩壊）によって、エネルギーが媒質中の荷電粒子に伝達されます。次に、これらの二次荷電粒子は、原子励起とイオン化によって媒質にエネルギーを伝達します。^{[ 5 ]}

低エネルギー光子の場合、カーマは吸収線量とほぼ等しくなります。高エネルギー光子の場合、高エネルギーの二次電子やX線の一部がエネルギーを沈着させる前に対象領域から脱出するため、カーマは吸収線量よりも大きくなります。脱出したエネルギーはカーマには含まれますが、吸収線量には含まれません。低エネルギーX線の場合、この違いは通常無視できる程度です。これは、カーマの構成要素を見れば理解できます。

全カーマには、衝突カーマという2つの独立した寄与がある。${\displaystyle k_{\text{col}}}$および放射カーマ$\displaystyle k_{\text{rad}}}$- したがって、${\displaystyle K=k_{\text{col}}+k_{\text{rad}}}$衝突カーマは、荷電粒子と原子電子との相互作用により、電離と励起によってエネルギーを散逸させる電子の生成をもたらします。放射カーマは、荷電粒子と原子核との相互作用（主に制動 放射による）により放射光子の生成をもたらしますが、飛行中の陽電子の消滅によって生成される光子も含まれる場合があります。^{[ 4 ]}

多くの場合、その量は${\displaystyle k_{\text{col}}}$興味があり、通常は次のように表現されます。

${\displaystyle k_{\text{col}}=K(1-g),}$

ここで、gは電子に伝達されるエネルギーのうち、制動放射によって失われるエネルギーの平均割合である。

空気カーマは、光子測定機器の実用的な校正において重要であり、空気カーマを測定するために「自由空気」イオンチャンバーを使用するガンマ線計測設備のトレーサブルな校正に用いられる。

IAEA安全報告書16には、「基準光子放射線場および基準機器の校正には、空気カーマ量を使用する必要がある。放射線防護監視機器は、線量当量量で校正する必要がある。面積線量計または線量率計は、ファントムが存在しない、つまり空気中で自由に、周囲線量当量H*(10)または方向線量当量H′(0.07)で校正する必要がある。」と記載されている。^{[ 6 ]}

空気カーマ（Gy）から等価線量（Sv）への変換係数は、国際放射線防護委員会（ICRP）報告書74（1996）に掲載されている。例えば、0.662 MeVの光子を放出する^137Cs放射性線源の場合、空気カーマ率はSv/Gy（空気）= 1.21の係数を用いて組織等価線量に変換される。^{[ 7 ]}

• 被ばく（放射線）
• シーベルト
• 診断放射線学における線量測定 国際実施規範 - IAEA - は、自由空気中の空気カーマを測定するための技術について説明しています。