シーベルト

シーベルト
福島原発事故から5年後、日本の楢葉町のホテルで、マイクロシーベルト/時で放射線量率を示す背景放射線の表示
一般情報
単位系	SI
単位	電離放射線の確率的健康影響（等価線量）
シンボル	スヴェト
名前の由来	ロルフ・マクシミリアン・シーベルト
コンバージョン
1 Svで ...	...は...に等しい
SI基本単位	m 2 ⋅ s −2
Sv は加重係数によって修正された吸収線量を示します。	J ⋅ kg −1
CGS単位 (非 SI 単位)	100レム

シーベルト（記号：Sv ^{[注 1] ）は、}国際単位系（SI）の単位であり、放射線誘発がんおよび遺伝子損傷を引き起こす確率として定義される、電離放射線の確率的健康リスクを表すことを意図している。シーベルトは線量測定および放射線防護において重要である。この単位は、放射線量測定および放射線の生物学的影響の研究で知られるスウェーデンの医療物理学者ロルフ・マクシミリアン・シーベルトにちなんで名付けられた。

シーベルトは、体外からの外部放射線のリスクを表す等価線量や実効線量、吸入または摂取した放射性物質による内部被曝のリスクを表す預託線量などの放射線量を表す単位です。国際放射線防護委員会（ICRP）によると、議論の余地のある電離放射線被曝の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致命的な癌を発症する確率は5.5%です。 ^{[1] [2]}

確率的健康リスクの値をシーベルトで計算するには、ICRP および国際放射線単位測定委員会(ICRU) が発行した放射線の種類と生物学的状況の係数を適用して、物理量である吸収線量を等価線量と実効線量に変換します。1 シーベルトは 100レムに相当し、これは古いCGS放射線単位です。

従来、高線量率の放射線によって確実に起こる急性組織損傷による確定的な健康影響は、グレイ（Gy）単位で測定される物理量の吸収線量と比較されます。^[3]

国際度量衡委員会 (CIPM)による SI の定義は次のとおりです。

「線量当量H は、電離放射線の吸収線量Dと、 ICRUによって線エネルギー伝達の関数として定義された無次元係数Q (線質係数) の積です。」

H = Q × D ^[4]

Qの値はCIPM ではこれ以上定義されていませんが、この値を提供するには関連する ICRU 推奨事項を使用する必要があります。

CIPMでは、「吸収線量Dと線量当量Hの混同を避けるため、それぞれの単位に特別な名称を使用する必要がある。つまり、吸収線量Dの単位にはジュール/キログラムではなくグレイという名称を使用し、線量当量Hの単位にはジュール/キログラムではなくシーベルトという名称を使用する必要がある」とも述べている。^[4]

要約すれば：

灰色：量D —吸収線量

1 Gy = 1 ジュール/キログラム - 物理量。1 Gy は、物質または組織 1 キログラムあたり 1 ジュールの放射線エネルギーの蓄積です。

シーベルト: 量H —等価線量

1 Sv = 1 ジュール/キログラム - 生物学的影響。シーベルトは、1 ジュールの放射線エネルギーが 1 キログラムの人体組織に蓄積された場合の生物学的影響に相当します。吸収線量に対する比率はQで示されます。

ICRPによるシーベルトの定義は以下の通りである: ^[5]

「シーベルトは、等価線量、実効線量、実用線量を表す SI 単位の特別な名称です。単位はジュール/キログラムです。」

シーベルトは、この記事で説明されているさまざまな線量量に使用され、ICRP と ICRU によって考案および定義された国際放射線防護システムの一部です。

シーベルトが人体組織に対する外部電離放射線の確率的影響を表すために使用される場合、実際に受ける放射線量は放射測定機器と線量計によって測定され、実用量と呼ばれます。これらの実際の受けた線量を起こりうる健康影響に関連付けるために、大規模な疫学研究の結果を使用して起こりうる健康影響を予測するための防護量が開発されました。その結果、ICRU が ICRP と協力して開発した一貫したシステム内で、さまざまな線量量を作成することが必要になりました。

外部線量量とその関係は、添付の図に示されています。ICRU は、電離放射線計測の適用に基づいて運用線量量を主に担当しており、ICRP は、人体の線量摂取と生物学的感受性のモデル化に基づいて防護量を主に担当しています。

ICRU/ICRP の線量量には特定の目的と意味がありますが、一般的な単語が異なる順序で使用されているものもあります。たとえば、等価線量と線量当量の間で混乱が生じる可能性があります。

CIPMの定義では、生物学的効果の計算にはICRUの線形エネルギー伝達関数（Q）が使用されるとされているが、ICRPは1990年に^[6]、より複雑な計算モデルから計算され、名前に線量当量という語句が含まれない点で区別される「防護」線量量である実効線量と等価線量を開発しました。計算に依然としてQを使用する実用線量量のみが線量当量という語句を保持しています。しかし、実用線量定義を変更して防護量の定義と調和させることでこのシステムを簡素化するというICRU/ICRPの共同提案があります。これらは2015年10月の第3回国際放射線防護シンポジウムで概説され、実施されれば「眼の水晶体への線量」と「局所皮膚への線量」を等価線量として導入することで、実用量の命名がより論理的になります。^[7]

米国ではICRPの命名法に含まれていない、異なる名前で呼ばれる線量量があります。^[8]

これらは、生物学的影響が考慮されていない、直接測定可能な物理量です。放射線フルエンスは、単位時間あたりに単位面積に当たる放射線粒子の数です。カーマは、ガンマ線とX 線が空気に及ぼす電離効果で、機器の校正に使用されます。吸収線量は、対象物質または組織に単位質量あたりに蓄積される放射線エネルギーの量です。

実用量は実際に測定され、被ばくによる線量摂取量を直接測定したり、測定環境における線量摂取量を予測したりする手段である。このように、実用量は被ばくに関連する防護量の値の推定値または上限値を提供することで、実際の線量管理に使用されている。また、実際の規制やガイダンスにも使用されている。^[9]

光子場における個人線量計および面線量計の較正は、二次電子平衡の条件下での「空気中の自由空気カーマ」の衝突を測定することによって行われる。次に、空気カーマを適切な操作量に関連付ける変換係数を適用して、適切な操作量を導出する。光子放射線の変換係数は、ICRU によって公開されている。^[10]

単純な（非擬人化）「ファントム」は、実用量を測定された自由空気放射線に関連付けるために使用されます。ICRU 球ファントムは、実際には存在せず、製造もで​​きない ICRU 4 要素組織相当材料の定義に基づいています。^[11] ICRU 球は、密度 1 g·cm ⁻³、質量組成が酸素 76.2%、炭素 11.1%、水素 10.1%、窒素 2.6% の材料で構成された、直径 30 cm の理論上の「組織相当」球です。この材料は、吸収特性が人間の組織に最も近いように指定されています。ICRP によると、ICRU「球ファントム」は、ほとんどの場合、検討中の透過放射線場の散乱と減衰に関して、人体を適切に近似しています。^[12]したがって、特定のエネルギー フルエンスの放射線は、球内でのエネルギー蓄積が、人間の組織の同等質量の場合とほぼ同じになります。^[13]

人体の後方散乱と吸収を考慮するために、全身線量計の実用的な校正のために人体の胴体を表す「スラブファントム」が使用される。スラブファントムは人体の胴体を表すために300 mm × 300 mm × 150 mmの深さである。^[13]

2015年10月に開催された第3回国際放射線防護シンポジウムで概説された、実用量の定義を変更するICRU/ICRPの共同提案は、校正ファントムや基準放射線場の現在の使用法を変更するものではない。^[7]

防護量は計算モデルであり、ICRPの言葉を借りれば「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の「制限量」として使用される。^{[14] [15] [13]}これらの量は実際には測定できないが、人体の内部器官への外部線量のモデル、擬人化ファントムを使用してその値が導出される。これらは、体の自己遮蔽や放射線の内部散乱など、多くの複雑な影響を考慮した体の3D計算モデルである。計算は臓器吸収線量から始まり、放射線と組織の加重係数を適用する。^[16]

防護量は実際には測定できないため、実際の放射線計測器や線量計の反応と関連付けるために実用量を使用する必要があります。^[17]

これは、周辺線量ガンマモニターや個人線量計などから取得した実際の測定値です。このような機器は、国家放射線標準にトレースして運用量に関連付ける放射線計測技術を使用して較正されます。機器と線量計の測定値は、過剰な線量の摂取を防ぎ、英国の1999年電離放射線規制などの放射線安全法規を満たす線量摂取の記録を提供するために使用されます。

シーベルトは、外部放射線防護において、等価線量（均一な場における外部線源による全身への被曝効果）と実効線量（被曝した体の部位によって異なる）の測定に使用されます。

これらの線量量は、放射線の確率的な健康影響を表すように設計された吸収線量の加重平均であり、シーベルトの使用は、吸収線量の測定または計算（グレイで表される）に適切な加重係数が適用されていることを意味します。^[1]

ICRP の計算では、防護量の計算を可能にする 2 つの重み付け係数が提供されます。

1. 放射線タイプRに固有の 放射線係数W _R 。これは、全身または個々の臓器の等価線量H _{T を計算するために使用されます。}

 2. 組織加重係数W _{T は}、照射される組織タイプ T に固有の係数です。これはW _Rとともに使用され、寄与臓器線量を計算し、不均一照射の実効線量Eを算出します。

全身が均一に照射された場合、放射線加重係数W _Rのみが使用され、実効線量は全身等価線量に等しくなります。しかし、人体の照射が部分的または不均一である場合は、組織係数W _{T を}使用して各臓器または組織への線量を計算し、これらを合計して実効線量を取得します。人体が均一に照射された場合、これらの合計は 1 になりますが、部分的または不均一な照射の場合は、関係する臓器に応じて合計値が低くなり、全体的な健康影響が低くなることを反映します。計算プロセスは添付の図に示されています。このアプローチでは、完全照射または部分照射、および放射線の種類を考慮して、全身への生物学的リスク寄与を計算します。

これらの重み付け係数の値は、人間の集団で得られた値の平均値に基づいて、最も敏感な細胞タイプで観察される実験値の大部分よりも大きくなるように慎重に選択されます。

同じ蓄積エネルギーでも放射線の種類によって生物学的影響が異なるため、放射線の種類と標的組織に依存する補正放射線加重係数 W _{R を}適用して、グレイ単位で測定された吸収線量を換算し、等価線量を決定します。結果はシーベルト単位で示されます。

等価線量は、対象となる臓器または組織の質量で平均化された吸収エネルギーに、放射線の種類とエネルギーに適した放射線加重係数を掛けて計算されます。放射線の種類とエネルギーが混在する等価線量を得るには、すべての種類の放射線エネルギー線量を合計します。^[1]

$${\displaystyle H_{T}=\sum _{R}W_{R}\cdot D_{T,R},}$$ どこ

H _{T は}組織Tに吸収される等価線量であり、

D _T、Rは放射線の種類Rによる組織Tの吸収線量であり、

W _{R は}規制によって定義された放射線加重係数です。

したがって、たとえば、アルファ粒子による 1 Gy の吸収線量は、20 Sv の等価線量につながります。

これは矛盾しているように思えるかもしれません。これは、ジュール単位の入射放射線場のエネルギーが20 倍に増加し、エネルギー保存の法則に違反していることを意味します。しかし、これは事実ではありません。シーベルトは、吸収されたアルファ粒子 1 グレイが吸収された X 線 1 グレイの 20 倍の生物学的効果を引き起こすという事実を伝えるためだけに使用されます。シーベルトを使用するときに表現されるのは、入射吸収放射線によってもたらされる実際のエネルギーではなく、この生物学的要素です。

2 番目の加重係数は組織係数W _Tですが、これは身体に不均一な放射線が照射された場合にのみ使用されます。身体が均一な放射線にさらされた場合、実効線量は全身等価線量に等しくなり、放射線加重係数W _Rのみが使用されます。しかし、身体が部分的または不均一に照射された場合は、各臓器の放射線に対する感受性は組織の種類によって異なるため、計算では個々の臓器が受ける線量を考慮する必要があります。関係する臓器のみからの線量の合計が、全身の実効線量となります。組織加重係数は、個々の臓器の線量寄与を計算するために使用されます。

W _Tの ICRP 値はここに示す表に示されています。

実効線量に関する記事では計算方法が説明されています。吸収線量は、まず放射線の種類に応じて補正されて等価線量となり、次に放射線を受ける組織に応じて補正されます。骨髄などの一部の組織は放射線に対して特に敏感であるため、体重の割合に比べて不釣り合いに大きい加重係数が割り当てられます。硬い骨の表面などの他の組織は放射線に対して特に鈍感であるため、不釣り合いに低い加重係数が割り当てられます。

要約すると、身体の各臓器または組織に照射された組織加重線量の合計が、身体の実効線量になります。実効線量を使用すると、身体の照射範囲に関係なく、受けた総線量を比較できます。

実用量は、外部被ばく状況を監視および調査するための実際のアプリケーションで使用されます。これらは、実際の運用測定と体内の線量評価のために定義されています。^[5]実用線量計と機器の測定値を計算された防護量に関連付けるために、3つの外部実用線量量が考案されました。また、Q(L)計算を使用してこれらの量を入射放射線量に関連付けるICRU「スラブ」ファントムと「球」ファントムの2つのファントムも考案されました。

これは透過放射線のエリアモニタリングに使用され、通常はH *(10)という量で表されます。これは、放射線がICRU球ファントム内で照射野の原点の方向10mm以内にある放射線と同等であることを意味します。^[20]透過放射線の例としてはガンマ線があります。

これは低透過放射線のモニタリングに使用され、通常はH'（0.07）という量で表されます。これは、放射線がICRU球形ファントムの深さ0.07 mmで検出された放射線と同等であることを意味します。 ^[21]低透過放射線の例としては、アルファ粒子、ベータ粒子、低エネルギー光子などがあります。この線量量は、皮膚、眼の水晶体などへの等価線量を決定するために使用されます。^[22]放射線防護の実践では、線量は通常、関心のある点で最大になるため、オメガの値は通常指定されません。

これは、身体に装着する個人線量計などによる個人線量モニタリングに使用されます。評価に推奨される深さは10 mmで、H _p (10)という量が得られます。^[23]

運用量の計算手段を簡素化し、放射線量防護量の理解を助けるために、ICRP 委員会 2 および ICRU 報告委員会 26 は、実効線量または吸収線量に関連する線量係数によってこれを達成するさまざまな手段の検討を 2010 年に開始しました。

具体的には;

1. 全身の実効線量のエリアモニタリングの場合、次のようになります。

H = Φ × 換算係数

この理由は、 ICRP報告書116で考慮される粒子の種類とエネルギー範囲の拡大の結果として、 H ^∗ (10)は高エネルギー光子による実効線量の合理的な推定値ではないためである。この変更により、ICRU球面が不要になり、E _maxと呼ばれる新しい量が導入される。

2. 個人モニタリングでは、眼の水晶体と皮膚への確定的な影響を測定するために、次のようになります。

D = Φ × 吸収線量換算係数。

この原動力は、確率的影響よりも確定的影響の方が適切であると示唆されている、確定的影響を測定する必要性です。これにより、等価線量H _lensとH _{skin が}計算されます。

これにより、ICRUスフィアとQL機能は不要になります。変更があれば、ICRUレポート51とレポート57の一部が置き換えられます。^[7]

最終報告書草案は2017年7月にICRU/ICRPから協議のために発行された。^[24]

シーベルトは、預託線量の計算において、人体内部の線量として使用されます。預託線量とは、人体に摂取または吸入され、一定期間にわたって人体を照射することを「約束」された放射性核種からの線量です。外部放射線について説明した防護量の計算概念が適用されますが、放射線源が人体組織内にあるため、吸収臓器線​​量の計算には異なる係数と照射メカニズムが使用されます。

ICRPは預託実効線量E( t )を預託臓器または組織等価線量と適切な組織加重係数WTの積の合計と定義_しています。ここでtは摂取後の積分時間（年数）です。預託期間は成人の場合は50年、小児の場合は70歳までとされています。^[5]

ICRPはさらに、「内部被ばくの場合、預託実効線量は通常、生物学的検定測定またはその他の量（例えば、体内に保持される放射能または毎日の排泄物）からの放射性核種の摂取量の評価から決定される。放射線量は推奨線量係数を使用して摂取量から決定される」と述べている。^[25]

内部線源からの預託線量は、外部線源から全身に均一に適用される同量の等価線量、または身体の一部に適用される同量の実効線量と同じ実効リスクをもたらすことが意図されています。

電離放射線は人間の健康に決定論的および確率論的な影響を及ぼします。決定論的（急性組織影響）事象は確実に発生し、その結果生じる健康状態は、同じ高線量を受けたすべての人に発生します。確率論的（がん誘発および遺伝）事象は本質的にランダムであり、グループ内のほとんどの個人は被曝後に因果関係のある健康への悪影響を一切示しませんが、非決定論的にランダムな少数の個人は示し、その結果生じる微妙な健康への悪影響は、大規模で詳細な疫学研究を行った後でのみ観察可能になることがよくあります。

シーベルトの使用は、確率的影響のみが考慮されていることを意味し、混乱を避けるために、確定的影響は通常、SI 単位のグレイ (Gy) で表される吸収線量の値と比較されます。

確率的影響とは、放射線誘発がんのようにランダムに発生する影響である。原子力規制当局、政府、およびUNSCEARのコンセンサスは、電離放射線によるがんの発生率は、実効線量とともに1 シーベルトあたり 5.5% の割合で直線的に増加するとモデル化できるというものである。^[1]これは線形閾値なしモデル(LNT モデル) として知られている。この LNT モデルは現在では時代遅れであり、身体の自然な細胞プロセスが損傷を修復したり損傷した細胞を交換したりする閾値に置き換えるべきだと主張する人もいる。^{[26] [27]}乳児や胎児のリスクは成人よりもはるかに高く、中年のリスクは高齢者よりも高く、女性のリスクは男性よりも高いという一般的な合意があるが、これについては定量的なコンセンサスはない。^{[28] [29]}

急性放射線症候群につながる可能性のある確定的（急性組織損傷）影響は、急性高線量（≳ 0.1 Gy）および高線量率（≳ 0.1 Gy/h）の場合にのみ発生し、通常はシーベルト単位ではなくグレイ（Gy）単位を使用して測定されます。確定的リスクのモデルには、等価線量および実効線量の計算で使用されるものとは異なる重み付け係数（まだ確立されていない）が必要になります。

ICRPは報告書103の表8で線量摂取量の制限値を推奨している。これらの制限値は計画的、緊急、既存の状況に応じた「状況別」のものである。これらの状況では、以下のグループに対して制限値が設定されている。^[30]

• 計画された暴露 – 職業上、医療上、公衆衛生上の制限
• 緊急被ばく – 職業上および公共の被ばくに対して与えられた限度
• 既存の曝露 – 曝露したすべての人

職業被ばくの場合、限度は1年間で50mSv、連続5年間で最大100mSvであり、一般市民の場合は医療被ばくと職業被ばくを除いて、実効線量が年間平均1mSv（0.001Sv）である。^[1]

比較すると、米国議会議事堂内の自然放射線レベルは、花崗岩構造のウラン含有量のため、人体が規制限度に近い 0.85 mSv/a の追加線量率を受けるレベルです。^[31]保守的な ICRP モデルによると、議事堂内で 20 年間を過ごした人は、他の既存のリスクに加えて、1000 分の 1 の確率で癌になる可能性が高くなります (計算: 20 a·0.85 mSv/a·0.001 Sv/mSv·5.5%/Sv ≈ 0.1%)。ただし、この「既存のリスク」ははるかに高く、平均的なアメリカ人は、人工放射線にまったくさらされなくても、同じ 20 年間に癌になる可能性が 10% あります (自然癌疫学と癌率を参照)。

日常生活で大量の放射線を浴びることはめったにありません。次の例は相対的な大きさを説明するのに役立ちますが、これらは単なる例であり、考えられる放射線量の包括的なリストではありません。「急性線量」は短期間で限られた期間に発生する線量であり、「慢性線量」は長期間にわたって継続する線量であるため、線量率で説明する方が適切です。

時間と年の間のすべての変換は、既知の変動、断続的な被ばく、および放射性崩壊を無視して、安定した場に継続的に存在することを前提としています。変換された値は括弧内に表示されます。「/a」は「per annum」で、1 年あたりを意味します。「/h」は「1 時間あたり」を意味します。

例に関する注記:

シーベルトはCGS単位から派生したレントゲン等価人体（レム）に由来する。国際放射線単位測定委員会（ICRU）は1970年代に一貫したSI単位への移行を推進し、^[78] 1976年に等価線量に適した単位を策定する計画を発表した。^[79] ICRPは1977年にシーベルトを導入し、ICRUに先んじた。^[80]

シーベルトは、グレイを採用してから 5 年後の 1980 年に国際度量衡委員会(CIPM) によって採用されました。その後、CIPM は 1984 年に、グレイではなくシーベルトを使用すべき場合を推奨する説明を発表しました。この説明は 2002 年に更新され、1990 年に変更された ICRP の等価線量の定義に近づきました。具体的には、ICRP は等価線量を導入し、線質係数 (Q) を放射線加重係数 (W _R ) に改名し、別の加重係数「N」を 1990 年に削除しました。2002 年に、CIPM も同様に加重係数「N」を説明から削除しましたが、その他の古い用語と記号はそのまま使用しました。この説明は SI パンフレットの付録にのみ記載されており、シーベルトの定義の一部ではありません。^[81]

シーベルトはロルフ・マクシミリアン・シーベルトにちなんで名付けられました。人名にちなんで名付けられたすべてのSI単位と同様に、その記号は大文字(Sv) で始まりますが、フルネームで書く場合は普通名詞の大文字化の規則に従います。つまり、シーベルトは文頭とタイトルでは大文字になりますが、それ以外は小文字です。

よく使用されるSI 単位の接頭辞はミリシーベルト (1 mSv = 0.001 Sv) とマイクロシーベルト (1 μSv = 0.000 001 Sv) で、機器や放射線防護の警告における時間微分または「線量率」表示の一般的な単位は μSv/h と mSv/h です。規制限度と慢性線量は mSv/a または Sv/a の単位で示されることが多く、これらは年間平均を表すものと理解されています。多くの職業上のシナリオでは、1 時間あたりの線量率は、年間限度に違反することなく、短期間で数千倍も高いレベルに変動することがあります。時間から年への変換は、うるう年や被ばくスケジュールによって変わりますが、おおよその変換は次のとおりです。

1 mSv/h = 8.766 Sv/a

114.1 μSv/h = 1 Sv/a

時間当たりの被ばく線量から年間の被ばく線量への換算は、自然放射線の季節変動、人工放射線源の減衰、人間と放射線源の断続的な近接性などによりさらに複雑になる。ICRPはかつて職業被ばくに対して固定換算を採用していたが、最近の文書には記載されていない。^[82]

8時間 = 1日

40時間 = 1週間

50週間 = 1年

したがって、その期間の職業上の暴露については、

1 mSv/h = 2 Sv/a

500μSv/h = 1Sv/a

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単位と並んでキュリー、ラド、レムの単位の使用を許可しているが^[83] 、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」でのそれらの使用を段階的に廃止することを義務付けている^[84]。

線量当量の古い単位はレム^[85]であり、米国では現在でも頻繁に使用されている。1シーベルトは100レムに等しい。

• 急性放射線症候群
• ベクレル（1秒あたりの崩壊数）
• 1分あたりのカウント数
• 被曝（放射線）
• ラザフォード（ユニット）
• スベルドラップ（SI 法に従わない体積輸送単位。記号はシーベルトと同じ Sv）

• ポール・グローバー、「ミリシーベルトと放射線」。60のシンボル。ノッティンガム大学のブレイディ・ハラン。
• Eurados - 欧州放射線量測定グループ