等価線量

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等価線量(とうかせんりょう、: equivalent dose)とは、放射線防護のための人体の各臓器の被曝線量を表す線量概念を言う。放射線被曝した人体組織臓器吸収線量に放射線加重係数[注釈 1]を乗じたものとして定義され、単位はシーベルト(記号:Sv)が用いられる[注釈 2]

ただし、等価線量は放射線防護量であるので、あくまで確率的影響のリスク制限に用いるためのものである[注釈 3]。そのため、同じく臓器の被曝でも、確定的影響を問題とするような場合は臓器吸収線量(Gy)が用いられる[注釈 4][注釈 5]

概要[編集]

放射線被曝による生物影響を考える上で人体組織が放射線から得たエネルギー量である臓器の吸収線量(臓器吸収線量)は重要な指標である。しかしながら、生物影響は同一の臓器吸収線量であっても

  1. 放射線の種類(アルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子線など)
  2. 放射線を粒子として扱う場合[注釈 6]におけるその粒子のエネルギー(中性子、陽子のみ)

が異なればその影響も異なってくるため、放射線の生物影響の尺度としてそのまま用いることはできない。そこで主に放射線の種類などに関係なく影響の大きさを表すことができる線量概念としてある一点における吸収線量に線質係数と呼ばれる補正係数を掛け合わせた線量当量が1977年のICRP勧告にて定義された。

ところが、放射線防護上関心のあるのは、ある一点における吸収線量ではなく、組織・臓器全体の吸収線量である[4]。そこで、ICRP1990年勧告においては防護量としての線量当量概念の大幅な見直しがなされ、ある一点ではなく臓器の全体が受けた線量の平均臓器吸収線量の係数として放射線加重係数(radiation weighting factor)とそれで平均臓器吸収線量を加重した等価線量(equivalent dose)が改めて定義された[注釈 7][注釈 8]

等価線量の用途

等価線量は実務としては、人体組織・臓器の一つである皮膚、眼などの線量限度を定めるなどの線量管理に用いられる[5]。これは、限局した領域の皮膚、眼に対しては組織加重係数が与えられていないことから、個人の実効線量に加算することができないためである[6]

等価線量の測定

等価線量は人体の臓器に対して定義されたものであるため、例えば、甲状腺などの体の内部の臓器について直接測ることは原理的にできない。そのため、実務として等価線量は、環境モニタリングまたは個人モニタリングの結果から観念的に実際受けたであろう量以上の線量当量を計算によって算出し、それを等価線量とみなすことで求められる。

定義[編集]

放射線 R の人体の臓器 T [注釈 9]に対する等価線量は以下のように定義される。

(臓器 T の等価線量 [Sv]) HT = (臓器 T の平均吸収線量 [Gy]) DT × (放射線 R の放射線加重係数) wR

放射線加重係数(radiation weighting factor)[編集]

算出に用いられる放射線加重係数は、放射線の種類によって値が異なり、X線ガンマ線ベータ線は 1、 陽子線は 5、 アルファ線は 20、 中性子線はエネルギーにより 5 から 20 までの値をとる。

放射線加重係数は、国際放射線防護委員会1990年勧告[7]による下表のものが広く使用されている。なお、2007年に新しく発表された勧告では、中性子の放射線加重係数として、線量計算の実用的観点から連続関数が導入されている[8]

放射線加重係数(参考として線質係数も記載)
放射線の種類(R) エネルギー(E)範囲 放射線加重係数 線質係数
光子 (電磁波、X線、ガンマ線など)   全エネルギー  1 1
軽粒子(電子、ミュー粒子など) 全エネルギー  1 1
中性子  E<10keV 5 10
10keV<E<100keV 10 10
100keV<E<2MeV 20 10
2MeV<E<20Mev 10 10
20Mev<E 5 10
陽子 反跳陽子を除く,2Mev<E 5 10
α粒子、核分裂片、重原子核 20 20
  • 1 Sv = 1,000 mSv(ミリシーベルト) = 1,000,000 μSv(マイクロシーベルト)

等価線量限度(equivalent dose limits)[編集]

臓器 T の等価線量をある特定の期間中で積み上げたものの限度の量を等価線量限度(equivalent dose limits)と呼ぶ。なお、臓器に対して定義される等価線量限度は、個人の身体全体に対して定義される実効線量限度とは別の概念である。

職業被曝(occupational exposure)[編集]

日本の法律においては、放射線業務従事者の2つの臓器(眼の水晶体、皮膚)及び妊娠中女性従業員の腹部表面などの一年間に受ける等価線量の限度について定められている。電離則第四条-第七条

線量当量[編集]

線量当量(せんりょうとうりょう、: dose equivalent)とは、人体の被曝線量を表す線量概念の一つである。線量当量の単位はシーベルト(記号:[Sv])が用いられる。

用途に応じて様々な定義が存在するが、主に個人モニタリング・環境モニタリングにおける放射線計測の実用量として用いられる。

概要[編集]

放射線の生物影響を考える上で、臓器の単位質量あたりの吸収エネルギー量である吸収線量は最も重要な量であるが、これを尺度として用いるには、放射線の種類や放射線のエネルギーが異なると同じ吸収線量であっても同一の生物影響を示さない[注釈 10]、という大きな欠点がある[9]

そのため、ガンマ線・X 線による生物影響を基準とした生物学的効果比(Relative Biological Effectiveness; RBE)を吸収線量に掛け合わせる[注釈 11]ことで、放射線の種類の違いを平準化した線量が古くから提案されてきた[注釈 12]。しかしながら、RBE に関する十分なデータが存在しなかったことから、RBE に代わって線エネルギー付与(Linear Energy Transfer ; LET)を用いて補正係数である線質係数(quality factor)とそれを空間のある一点における吸収線量に掛け合わせた線量当量(dose equivalent)が定義された[2][注釈 13]

防護量(protection quantity)の尺度としては線量当量は1990年のICRP勧告まで用いられていた。1990年のICRP勧告では、放射線のエネルギーの違いによる生物影響の相違などを反映させた放射線荷重係数(radiation weighting factor)とそれを臓器吸収線量に掛け合わせた等価線量(equivalent dose)[注釈 14]が新たに防護量として定義された[注釈 15][注釈 16]

実用量としての線量当量[編集]

放射線防護量としての等価線量実効線量は直接測定することができない。そのため、直接測定できる量として実用量が用いられる。実用量は、環境モニタリングと個人モニタリングに関連したものがある[11]

定義[編集]

線量当量(dose equivalent)[編集]

吸収線量に線質係数[注釈 17]を掛け合わせたもの[注釈 18]を線量当量(dose equivalent)と呼ぶ。

(線量当量 [Sv]) H = (吸収線量 [Gy]) D × (線質係数) Q

モニタリングの実用量としての線量当量[編集]

モニタリング(monitoring)とは、放射線防護の目標が達成されているか否かを判断するために行われる放射線あるいは放射能の測定と、測定結果の解釈・評価を含む一連の行為をいい、放射線管理上の基本的な行為である[12][注釈 19]

モニタリングに用いられる線量当量としては以下のものが定義される[注釈 20]

環境モニタリングに用いられるもの[注釈 21]
  • 周辺線量当量(ambient dose equivalent)H*(d)
  • 方向性線量当量(directional dose equivalent)H'(d,Ω)
個人モニタリングに用いられるもの
  • 個人線量当量(personal dose equivalent)Hp(d)

モニタリングの実用量と法令上の線量概念との対応[編集]

(実効線量)防護量、実用量とその法令上の名称[注釈 22]
対象モニタリング 防護量 実用量 実用量の法令上の名称
環境モニタリング 実効線量 周辺線量当量 H*(10) 1cm線量当量
個人モニタリング 実効線量 個人線量当量 Hp(10) 1cm線量当量

※1 上表からわかるように、1cm線量当量という場合は実効線量を指す。
※2 なお、法令に従ったモニタリング業務において「空間線量」ということばは、環境モニタリングにおける1cm線量当量(周辺線量当量 H*(10) )を意味するとされる[16]

(等価線量)防護量、実用量とその法令上の名称[注釈 23]
対象モニタリング 防護量 実用量 実用量の法令上の名称
環境モニタリング 眼の水晶体の等価線量

皮膚の等価線量

方向性線量当量 H'(3,α[注釈 24])

方向性線量当量 H'(0.07,α)

なし

70μm線量当量

個人モニタリング 眼の水晶体の等価線量

皮膚の等価線量
腹部表面の等価線量

個人線量当量 Hp(3)

個人線量当量 Hp(0.07)
個人線量当量 Hp(10)

なし

70μm線量当量
なし

補足定義[編集]

線エネルギー付与(LET:Linear Energy Transfer)[編集]

荷電粒子放射線の単位長さ(1μm)あたりのエネルギー損失量[注釈 25] [keV/μm] を線エネルギー付与(LET;Linear Energy Transfer)と呼ぶ[注釈 26]。電荷の無いガンマ線や X 線、中性子線には本来適用できないが、物質との相互作用によって発生する荷電粒子線(二次線)に適用したものをその中性の放射線の LET としている。

低 LET 放射線と高 LET 放射線の分類
放射線による生物影響を考えるにあたって、放射線は LET の大きさで低 LET 放射線高 LET 放射線の二つに分類される。
  • 低 LET 放射線:電子線(この場合はベータ線も含まれる)、ガンマ線、X 線[注釈 27]
  • 高 LET 放射線:アルファ線や速い中性子線(熱中性子線ではない)など[17][注釈 28]

生物学的効果比(RBE:Relative Biological Effectiveness)[編集]

放射線の線質(放射線の種類、エネルギー)が異なると、同じ線量を与えても生物効果の程度は大きく異なる[19][20]。そこで線質の異なる放射線の作用を比較するにあたっては、基準放射線と呼ばれる基準の放射線を定めた上で、次の式で定義される生物学的効果比(RBE:Relative Biological Effectiveness)が用いられる。

RBE = (ある生物効果を引き起こすに必要な基準放射線の線量) / (問題としている放射線で同じ効果を引き起こすに必要な線量)

基準放射線としては、250keVの X 線が用いられることが多い[21][注釈 29]

なお、一般に高 LET 放射線の RBE は1よりも大きくなる。

注釈[編集]

  1. ^ weighting factorの日本語訳は、1990年勧告では"荷重係数"とされたが、weightは"加重"であり、"荷重"はloadであることから、2007年勧告にて"加重係数"に変更された[1]。この記事では"加重係数"に統一する。
  2. ^ 防護線量概念としては、1990年のICRP勧告にてそれまで使用されていた線量当量(dose equivalent)に代わって用いられるようになった[2]
  3. ^ 等価線量はあくまで線量限度内で用いられるべき線量概念である[3]
  4. ^ そのため、閾線量はGyで表示される。
  5. ^ なお、放射線医学における医療被曝では、統一的に扱うため、診断に用いられる数mGyから治療に用いられる数10Gyまですべて臓器吸収線量で表される。
  6. ^ 電磁波(ガンマ線、X線)などは量子力学的効果(光電効果、コンプトン散乱など)を考えなければ、電磁気学的な波動であり粒子(光子)として扱う必要は無い。
  7. ^ 等価線量は臓器に対して定義されたものであるからか、計測においては放射線加重係数と等価線量は用いられず、線質係数と線量当量が用いられる。実際 ICRU においては未だ線量当量で定義されている。
  8. ^ なお、放射線のリスクに関連した線量概念である実効線量(effective dose)は各臓器の組織加重係数にそれぞれの等価線量を掛け合わせたものの総和であり、単位は同じシーベルト(記号:Sv)であるが等価線量とは別の概念である。
  9. ^ T は変数であり、数学のように T = 甲状腺 と書き表すことにすれば、これは HT —T=甲状腺→ H甲状腺(甲状腺に受けた放射線の等価線量)ということである。つまり、H甲状腺 は甲状腺の等価線量ということになる。
  10. ^ 例えば、アルファ線とガンマ線とでは同じ 1[Gy] の吸収線量であっても、細胞死や染色体異常などの細胞レベルの影響は異なる。
  11. ^ 低線量被曝においては主にガンが問題となることからガンの RBE を吸収線量に掛け合わせた線量がまず考えられた。ただし、その当時はガンの RBE に関する十分なデータが無かった。
  12. ^ 例えば、ICRUの1962年の報告書より以前においては RBE dose と呼ばれる線量概念が参考程度に定義されていた。
  13. ^ ただし、線量当量という概念は、被曝を受けたのが特定の組織であるのか、あるいはいくつか複数の組織なのかが常に曖昧であるという弱点がある[10]
  14. ^ 線量当量と等価線量の定義上の大きな違いは、線量当量がある一点に対して定義されるものであるのに対して、等価線量は臓器に対して定義される点である。概念的に等価線量の方が線量当量よりも放射線防護量としては適切であるが、等価線量自体をそのまま計測することは困難である。
  15. ^ 名称変更になったのは、それまでの個人の放射線被曝によるリスク量である実効線量当量(effective dose equivalent)と名称として紛らわしいため区別する意味合いもあったと言われる。なお、1990年のICRP勧告にて、等価線量の定義と同時に実効線量当量は実効線量(effective dose)に名称変更となった。
  16. ^ ただし、放射線・放射性物質の量と単位および測定に関する国際的な統一と規格化を図るための国際組織である国際放射線単位測定委員会(ICRU)においては、未だに線量当量は用いられている。
  17. ^ 線質係数は、放射線の種類の違いによる生物影響の違いを補正するためのものであるが、後に放射線のエネルギーの違いによる生物影響の違いを反映させた放射線荷重係数等価線量が導入された。

    線質係数の数値についても上記リンク先に参考として記載されている。

  18. ^ なお、修正係数 M が掛け合わされることもあるが、大抵は M=1 として扱われるため省略する。
  19. ^ 例えば、電離則(第八条)における線量の測定はモニタリング行為である。
  20. ^ 正確な定義を知りたい場合は空間線量測定マニュアル[13]参照。ただし、フィルムバッジなどはJIS規格が定まっている[14]
    したがって、JIS規格を満たしているということをもって正確に定義を満たした(または等価な)実効線量または等価線量の実用量を計測しているということが担保されるので、法令上の計測方法を遵守していると主張できる(その立証責任はJISが持つことになる)。定義を下手に理解して線量計を自作してしまうと、それが法令上の例えば(環境または個人モニタリングにおける)1cm線量当量であるかどうかという立証を自分で行わなくてはならなくなる。
  21. ^ 周辺線量当量、方向性線量当量の定義において、ICRU球と呼ばれる直径30cmの球体が用いられるが、この球体を用いて計測した線量当量がなぜ実効線量につながるのかという理由について知りたい場合は、グリーニング(1988) pp.152-153 参照。
  22. ^ 空間線量測定マニュアル[15]から抜粋
  23. ^ 空間線量測定マニュアル[15]から抜粋
  24. ^ ここでαは方向性線量当量の値が最大となる方向であり、決まった角度ではない。すなわち、実質的に実務として方向性線量当量の角度変数は用いない。
  25. ^ 言い換えれば荷電粒子放射線がその飛程の単位長さあたりにまわりの物質に与えるエネルギー量
  26. ^ LET は荷電粒子放射線の電荷の二乗に比例し、その速さにほぼ反比例する[17]
  27. ^ 一次線(ガンマ線、X 線そのもの)と物質との相互作用によって発生する二次線が電子線
  28. ^ なお、高LET放射線による傷害の原因の大半は直接作用であるとされる[18]
  29. ^ 文献によっては、200kVp の X 線で水中のLETが 3keV/μm、線量率 0.1Gy/分を基準放射線としているものもある[20]

出典[編集]

  1. ^ ICRP 2007.
  2. ^ a b 草間 1995, p. 44.
  3. ^ 草間 2005, pp. 11,22.
  4. ^ 辻本 2001, pp. 48-49.
  5. ^ 例えば、電離則第四条-第七条など
  6. ^ 草間 2005, pp. 22-23.
  7. ^ 放射線審議会 基本部会 (2010年1月). “国際放射線防護委員会 (ICRP) 2007年勧告 (Pub. 103) の国内制度等への取入れに係る審議状況について 中間報告 (PDF)”. 文部科学省. p. 8. 2011年5月4日閲覧。
  8. ^ 吉澤道夫. “ICRP 新勧告による外部被ばく線量評価 (PDF)”. 2011年7月12日閲覧。
  9. ^ 草間 1995, pp. 42-45.
  10. ^ グリーニング(1988) p.152
  11. ^ 草間 2005, pp. 19-20.
  12. ^ アイソトープ協会 1992, pp. 166-172.
  13. ^ 保健 2002, pp. 5-6.
  14. ^ 辻本 2001, p. 56.
  15. ^ a b 保健 2002, p. 4, 表2.3.
  16. ^ 保健 2002, p. 2.
  17. ^ a b 草間 1995, p. 27.
  18. ^ 放射線のDNAへの影響
  19. ^ アイソトープ協会 1992, pp. 128-130.
  20. ^ a b 辻本 2001, p. 48.
  21. ^ アイソトープ協会 1992, p. 129.

関連項目[編集]

参考文献[編集]

外部リンク[編集]