シーベルト

国際度量衡委員会（CIPM）が定めたSI単位の定義は以下のとおりです。

「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付与の関数として定義された無次元係数Q （線質係数）の積である。」

H = Q × D ^{[ 4 ]}

Qの値はCIPMによってそれ以上定義されていませんが、この値を算出するには関連するICRUの勧告を用いる必要があります。

CIPMはまた、「吸収線量Dと線量当量Hの混同のリスクを避けるため、それぞれの単位には特別な名称を使用すべきである。すなわち、吸収線量Dの単位にはジュール毎キログラムの代わりにグレイという名称を、線量当量Hの単位にはジュール毎キログラムの代わりにシーベルトという名称を使用すべきである」と述べている。^{[ 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キログラムあたりに1ジュールの放射線エネルギーが蓄積される量である。

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キログラムの人体組織に1ジュールの放射線エネルギーが沈着した場合の等価生物学的影響を表す。吸収線量との比はQで表される。

ICRPによるシーベルトの定義は次のとおりです。^{[ 5 ]}

「シーベルトは、等価線量、実効線量、および実効線量のSI単位の特別な名称です。単位はジュール毎キログラムです。」

シーベルトは、本稿で説明するいくつかの線量量に対して使用され、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となっています。

ICRU/ICRPの線量量にはそれぞれ特定の目的と意味がありますが、一般的な用語が異なる順序で使用されている場合があります。例えば、「等価線量」と「線量当量」は混同される可能性があります。

CIPM の定義では、ICRU の線エネルギー伝達関数 (Q) が生物学的影響の計算に使用されるとされていますが、ICRP は 1990 年に^{[ 6 ]}、「防護」線量量である実効線量と等価線量を開発しました。これらはより複雑な計算モデルから計算され、その名称に「等価線量」という語句が含まれていないことで区別されます。計算に Q を使用する運用線量量のみが「等価線量」という語句を保持しています。しかし、運用線量定義を防護量と調和させるように変更することでこのシステムを簡素化するための ICRU/ICRP 共同提案があります。これらは 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、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運用量の命名がより論理的になります。^{[ 7 ]}

米国では、ICRPの命名法には含まれていない、異なる名称の線量量が存在します。^{[ 8 ]}

これらは生物学的影響を考慮しない、直接測定可能な物理量です。放射線フルエンスは単位面積・単位時間あたりに照射される放射線粒子の数、カーマはガンマ線やX線による空気の電離作用であり、計測機器の校正に用いられます。吸収線量は、対象となる物質または組織に単位質量あたりに沈着する放射線エネルギーの量です。

運用量は実際に測定され、被ばくによる線量吸収を直接測定したり、測定された環境における線量吸収を予測したりする手段です。このようにして、運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ます。また、運用量は実際の規制やガイダンスにも使用されます。^{[ 9 ]}

光子場における個人線量計および面線量計の校正は、二次電子平衡条件下での「空気中自由空気カーマ」の衝突を測定することによって行われます。次に、空気カーマと適切な操作量を関連付ける変換係数を適用して、適切な操作量が導出されます。光子放射線の変換係数は、ICRUによって公表されています。^{[ 10 ]}

単純な（非人体型の）「ファントム」は、操作量を測定された自由空気照射量に関連付けるために使用されます。ICRU球体ファントムは、実際には存在せず、製造することもできないICRU 4元素組織等価材料の定義に基づいています。^{[ 11 ]} ICRU球体は、 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%の材料で構成される、理論上の直径30 cmの「組織等価」球体です。この材料は、吸収特性において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「球体ファントム」は、ほとんどの場合、検討対象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、球体内で、等価質量の人体組織内でのエネルギー沈着とほぼ同じエネルギー沈着を持ちます。^{[ 13 ]}

人体の後方散乱と吸収を考慮するため、全身線量計の実用的校正には、人体胴体を表す「スラブファントム」が使用されます。スラブファントムは、人体胴体を表すために300 mm × 300 mm × 150 mmの深さです。^{[ 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、運用量の定義を変更するICRU/ICRP共同提案は、現在の校正ファントムや基準放射線場の使用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を許容できないレベル以下に抑え、組織反応を回避する」ために、被ばく限度を指定する「制限量」として使用されます。^{[ 14 ] [ 15 ] [ 13 ]}これらの量は実際には測定できませんが、人体ファントムを使用して人体の内部臓器への外部線量のモデルを使用してその値が導出されます。これらは、身体の自己遮蔽や放射線の内部散乱などの多くの複雑な効果を考慮した身体の3D計算モデルです。計算は臓器吸収線量から始まり、次に放射線と組織の重み付け係数を適用します。^{[ 16 ]}

防護量は実際には測定できないため、実際の放射線測定器や線量計の応答と関連付けるために運用量を使用する必要がある。^{[ 17 ]}

これは、環境線量ガンマモニターや個人線量計などから得られた実際の測定値です。これらの機器は、放射線計測技術を用いて校正され、国家放射線標準にトレーサブルな基準に基づいて、実際の測定量と関連付けられます。機器や線量計の測定値は、過剰な被ばくを防ぎ、放射線安全法（例えば、英国の1999年電離放射線規制）を満たすための被ばく線量記録を作成するために使用されます。

放射線の種類によって、同じエネルギー量でも生物学的影響が異なるため、放射線の種類と標的組織に応じて補正放射線加重係数WR_を適用し、グレイ単位で測定された吸収線量を等価線量に変換します。結果はシーベルト単位で表されます。

等価線量は、対象となる臓器または組織全体で質量平均し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乗じることによって計算されます。さまざまな種類とエネルギーの放射線の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によって吸収される等価線量です。

D _T、Rは放射線タイプRによる組織Tの吸収線量であり、

W _Rは、規制によって定められた放射線加重係数である。

例えば、アルファ粒子による1 Gyの吸収線量は、 20 Sv の等価線量に相当する。 

これは一見矛盾しているように思えるかもしれません。入射放射線場のエネルギーがジュール単位で20倍に増加し、エネルギー保存の法則に反しているように見えるからです。しかし、実際はそうではありません。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もたらすという事実を伝えるためにのみ使用されます。シーベルトを用いる際に表現されるのは、入射吸収放射線によって実際に伝達されるエネルギーではなく、この生物学的要素なのです。

2番目の重み付け係数は組織係数W _Tですが、これは身体への照射が不均一な場合にのみ使用されます。身体が均一に照射された場合、実効線量は全身等価線量に等しくなり、放射線重み付け係数W _Rのみが使用されます。しかし、身体への照射が部分的または不均一な場合は、各臓器の放射線に対する感受性が組織の種類によって異なるため、計算には各臓器が受けた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を合計すると、全身の実効線量が得られます。組織重み付け係数は、これらの各臓器の線量寄与を計算するために使用されます。

ICRPのWT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。まず、吸収線量を放射線の種類に応じて補正して等価線量を算出し、次に放射線を受けた組織に応じて補正します。骨髄などの一部の組織は放射線に特に敏感であるため、体質量に占める割合に比べて不釣り合いに大きな重み係数が割り当てられます。一方、骨表面などの他の組織は放射線に特に鈍感であるため、不釣り合いに低い重み係数が割り当てられます。

要約すると、照射された各臓器または組織への組織加重線量の合計が、身体の実効線量となります。実効線量を用いることで、身体への照射範囲に関わらず、受けた総線量を比較することが可能になります。

これは透過放射線の領域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、 フィールドの発生方向にある ICRU 球状ファントム内の 10 mm の位置で見られる放射線と同等であることを意味します。^{[ 21 ]}透過放射線の例としては、ガンマ線があります。

これは透過力の低い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 球状ファントムの深さ 0.07 mm で見られる放射線と同等であることを意味します。^{[ 22 ]}透過力の低い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、皮膚や眼の水晶体などの等価線量を決定するために使用されます。^{[ 23 ]}放射線防護の実践では、線量は通常関心のある点で最大となるため、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、個人の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、これによりH _p (10) という量が得られます。 ^{[ 24 ]}

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のことです。原子力規制当局、政府、UNSCEARのコンセンサスは、電離放射線によるがんの発生率は、実効線量に対して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す。^{[ 1 ]}これは、線形無閾値モデル（LNTモデル）として知られています。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、損傷した細胞を置き換えたりする閾値に置き換えるべきだと主張する人もいます。^{[ 27 ] [ 28 ]}乳幼児や胎児のリスクは成人よりもはるかに高く、中年層は高齢者よりも高く、女性は男性よりも高いという点については概ね合意していますが、これについては定量的なコンセンサスはありません。^{[ 29 ] [ 30 ]}

急性放射線症候群を引き起こす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 、従来はシーベルト単位ではなくグレイ（Gy）単位で測定されます。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に使用されるものとは異なる（まだ確立されていない）重み付け係数が必要となります。

ICRPは、報告書103の表8で線量摂取に関するいくつかの制限を推奨しています。これらの制限は、計画された状況、緊急時、および既存の状況に対する「状況別」の制限です。これらの状況内で、制限は次のグループに対して与えられています。^{[ 31 ]}

• 計画された曝露 – 職業、医療、および公衆衛生上の制限値
• 緊急時の曝露 – 職業曝露および一般曝露に対する許容限度
• 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50 mSv 、連続する5年間で 最大100 mSvであり、一般公衆の場合は、医療および職業被ばくを除いて、年間平均1 mSv（0.001 Sv）の実効線量である。^{[ 1 ]}   

比較のために、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ようなレベルです。 ^{[ 32 ]}保守的な ICRP モデルによると、議会議事堂内で 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 の確率で癌になることになります (計算式: 20 a·0.85 mSv/a·0.001 Sv/mSv·5.5%/Sv ≈ 0.1%)。しかし、その「既存のリスク」ははるかに高く、平均的なアメリカ人は、人工放射線に一切さらされなくても、同じ 20 年間で 10% の確率で癌になることになります (癌の自然疫学と癌発生率を参照)。   

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、放射性崩壊を無視し、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示されています。「/a」は「年間」を意味し、「/h」は「時間」を意味します。

例に関する注記：

線量当量を表す古い単位としてレム（rem）があり、^{[ 86 ]}米国では今でもよく使われている。1シーベルトは100レムに相当する。