グレー（単位）

グレイ（記号：Gy ）は、国際単位系（SI）における電離放射線量の単位で、物質1キログラムあたり1ジュールの放射線エネルギーの吸収として定義されています。^[1]

吸収線量とは、単位質量の吸収物質に電離放射線が与えるエネルギーを測定する放射線量の単位であり、放射線治療、食品照射、放射線殺菌における照射線量の測定に用いられる。急性放射線症候群などの急性の健康影響を予測する上で重要であり、人体への確率的健康影響の尺度である シーベルトを用いて等価線量 を計算する際に用いられる。

グレイは放射線計測学において放射線量カーマの単位としても使用される。カーマは、単位質量あたりの物質サンプル中の非荷電電離放射線^{[a]によって解放されたすべての}荷電粒子の初期運動エネルギーの合計として定義される。この単位は、X線やラジウム放射線の測定とそれらが生体組織に与える影響の先駆者であるイギリスの物理学者ルイス・ハロルド・グレイにちなんで名付けられた。 ^[2]

グレイは1975年に国際単位系の一部として採用されました。グレイに対応するcgs単位はラド（0.01 Gyに相当）であり、米国では広く使用されていますが、米国国立標準技術研究所のスタイルガイドでは「強く非推奨」となっています。^[3]

グレーは線量測定においてさまざまな用途に使用されています。

組織吸収線量の測定は、入射放射線が標的組織に蓄積するエネルギー量を測定するものであるため、放射線生物学および放射線治療において根本的に重要です。吸収線量の測定は散乱と吸収による複雑な問題であり、これらの測定には多くの専門線量計が利用可能であり、1次元、2次元、3次元のアプリケーションをカバーできます。^{[4] [5] [6]}

放射線療法では、治療する癌の種類と進行度に応じて照射する放射線量が異なります。治癒を目的としたケースでは、固形上皮性腫瘍の典型的な線量は 60 ～ 80 Gy ですが、リンパ腫は20 ～ 40 Gy で治療されます。予防 (補助) 線量は通常、1.8 ～ 2 Gy の分割で約 45 ～ 60 Gy です(乳癌、頭頸部癌の場合)。

腹部X線検査による平均放射線量は0.7ミリシーベルト（0.0007 Sv）、腹部CT検査による平均放射線量は8 mSv、骨盤CT検査による平均放射線量は6 mGy、腹部と骨盤の選択的CT検査による平均放射線量は14 mGyである。^[7]

吸収線量は、低レベル放射線の確率的健康リスクを計算するための出発点であるため、放射線防護においても重要な役割を果たしており、がん誘発および遺伝子損傷の確率として定義されます。 ^[8]グレイは放射線の総吸収エネルギーを測定しますが、確率的損傷の確率は放射線の種類とエネルギー、および関連する組織の種類によっても異なります。この確率は、グレイと同じ次元を持つシーベルト（Sv）単位の等価線量と関連しています。これは、等価線量と実効線量に関する記事に記載されている重み付け係数によってグレイと関連しています。

国際度量衡委員会は次のように述べている。「吸収線量Dと線量当量 Hの混同を避けるため、それぞれの単位には特別な名称を使用する必要がある。すなわち、吸収線量Dの単位にはジュール毎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毎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。」^[9]

${\displaystyle 1\ \mathrm {Gy} =1\ {\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {kg} }}=1\ {\frac {\mathrm {m} ^{2}}{\ mathrm {s} ^{2}}}}$

添付の図は、吸収線量（グレイ単位）が計算技術によって最初に取得され、この値から等価線量が導き出される様子を示しています。X 線とガンマ線の場合、グレイはシーベルトで表すと数値的には同じ値ですが、アルファ粒子の場合、 1 グレイは 20 シーベルトに相当し、それに応じて放射線加重係数が適用されます。

グレイは、高レベルの電離放射線への急性被曝で受けた線量による「組織影響」と呼ばれるものの重症度を表すために慣習的に使用されています。これらは確実に起こる影響であり、損傷を引き起こす可能性のある低レベルの放射線の不確実な影響とは対照的です。5グレイ以上の高エネルギー放射線に全身が急性被曝すると、通常14日以内に死に至ります。LD ₁は2.5グレイ、LD ₅₀は5グレイ、LD ₉₉は8グレイです。^[10] LD ₅₀線量は、75kgの成人の場合375ジュールに相当します。

グレーは、放射線硬化、食品照射、電子照射などのプロセスにおける非組織材料の吸収線量率を測定するために使用されます。吸収線量の値を測定して制御することは、これらのプロセスを正しく実行するために不可欠です。

カーマ (単位質量あたりに放出される運動エネルギー)は、放射線計測学において、放射線照射によるイオン化の解放エネルギーの尺度として使用され、グレーで表されます。重要なことは、カーマ線量は、イオン化エネルギーが考慮されないため、関係する放射線エネルギーに応じて吸収線量と異なることです。低エネルギーではカーマと吸収線量はほぼ同じですが、高エネルギーではカーマが吸収線量よりはるかに高くなります。これは、一部のエネルギーが制動放射線(X 線) または高速で移動する電子の形で吸収体積から逃げるためです。

空気に適用した場合、カーマは放射線被曝の従来のレントゲン単位に相当しますが、これら 2 つの単位の定義には違いがあります。グレイはターゲット物質とは無関係に定義されますが、レントゲンは乾燥空気中のイオン化効果によって具体的に定義され、必ずしも他の媒体への影響を表すものではありませんでした。

ヴィルヘルム・レントゲンは1895 年 11 月 8 日にX 線を発見し、X 線は医療診断、特に骨折や埋め込まれた異物の診断に急速に普及し、従来の技術に比べて革命的な進歩を遂げました。

X線が広く使用されるようになり、電離放射線の危険性が認識されるようになったため、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た。最終的に、国際標準化を推進するため、1925年にロンドンで開催された第1回国際放射線会議（ICR）で、測定単位を検討する別の機関の設立が提案された。これは国際放射線単位測定委員会（ICRU）^{[b]と呼ばれ、1928年にストックホルムで開催された第2回ICRで}マンネ・ジークバーンが議長を務めて発足した。^{[11] [12] [c]}

X線の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用いて空気中のX線の電離効果を測定することであった。最初のICRU会議では、X線量の1単位を、 0 ℃および1標準気圧の圧力で1立方センチメートルの乾燥空気 中に1esuの電荷を生成するX線の量として定義することが提案された。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会議では、この定義がガンマ線に適用されるように拡張された。^[13]このアプローチは標準化への大きな前進ではあったが、人体組織を含むさまざまな種類の物質における放射線の吸収、すなわち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、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。^[14]

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、放射線生物学者ジョン・リードとともに、グラムレントゲン（記号：gr）と名付けられた新しい測定単位を提案した論文を発表した。この単位は「1レントゲンの放射線によって単位体積の水に生じるエネルギー増加に等しい、単位体積の組織のエネルギー増加を生じる中性子放射線の量」と定義された。^[15] この単位は空気中で88エルグに相当することがわかり、その後吸収線量として知られるようになったが、これはレントゲンが表す放射線被ばく量や強度の表現だけではなく、放射線と照射された物質の相互作用に依存するものとなった。1953年、ICRUは吸収放射線の新しい測定単位として、100エルグ/グラムに等しいラドを推奨した。ラドはコヒーレントなcgs単位で表された。^[13]

1950年代後半、CGPMはICRUに他の科学団体と協力して国際単位系（SI）の開発に取り組むよう要請した。^[16] CCUは、吸収された放射線のSI単位を、吸収物質の単位質量あたりに再吸収された荷電粒子によって蓄積されたエネルギーと定義することを決定した。これはラドの定義方法と同じであるが、MKS単位ではジュール毎キログラムに相当する。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。したがって、グレイは100ラドに等しい。注目すべきことに、センチグレイ（数値的にはラドに相当）は、放射線治療における絶対吸収線量を表すために今でも広く使用されている。

1975年の第15回国際度量衡総会で、電離放射線の吸収、比エネルギー吸収、カーマの測定単位としてグレイが採用されたことは^[17]、電離放射線の性質の理解と一貫した放射線量と単位の創出における半世紀以上に及ぶ研究の集大成であった。

次の表は、SI 単位系と非 SI 単位での放射線量を示しています。

• 線量面積積 – X線リスクを評価するために使用される量（Gy·cm ²）
• 国際単位系 – メートル法の現代版（SI 基本単位）
• 桁数（放射線）  – 広範囲の放射線量の比較
• 桁数（単位）  – 一定の比率を持つ数値のスケール
• ラド（放射線単位）  - 電離放射線の吸収線量を測定する非SI単位
• レントゲン（単位）  – 放射線被曝量の測定
  • レントゲン当量人体 – 放射線単位
• シーベルト、SI 派生単位の線量当量放射線
  • SI 派生単位 – 基本的なメートル法の値から派生した測定単位

• マサチューセッツ州ボイド (2009 年 3 月 1 ～ 5 日)。放射線量測定の混乱した世界 - 9444 (PDF) 。WM2009 会議 (廃棄物管理シンポジウム)。アリゾナ州フェニックス。2016 年 12 月 21 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年 7 月 7 日に取得。米国と ICRP の線量測定システムの時系列的な違いの説明。