Sievert

Sievert
Informacja
System Jednostki pochodzące z systemu międzynarodowego
Jednostką… Równoważna dawka , skuteczna dawka
Symbol Sv
Eponim Rolf Sievert
Konwersje
1 Sv w ... jest równe...
  Jednostki SI   1  m 2  s −2
     1 J  kg -1

Siwert (symbol: Sv ) to „jednostka używana dać ocenę wpływu promieniowania na ludzi” . Dokładniej, jest to jednostka pochodzi z międzynarodowego systemu do pomiaru jest równoważne dawki , co stanowi skuteczną dawkę lub radioaktywne mocy dawki (Sv / s, Sv / h Sv / r), to znaczy w celu ilościowej oceny wpływu biologicznej ludzkiej narażenie na promieniowanie jonizujące . Dlatego siwert nie może być stosowany do ilościowego określania narażenia otrzymanego przez zwierzęta laboratoryjne i jest zastępowany przez szarość .

Wpływ promieniowania zależy przede wszystkim od energii jonizującej, jaką fizycznie odbiera każda jednostka masy. Dlatego siwert ma taką samą definicję fizyczną jak szarość , tj. Jeden dżul na kilogram . Jednak specyficzny efekt tej energii odzwierciedlają dwa współczynniki, z których jeden uwzględnia biologiczną skuteczność różnych promieni, a drugi biologiczny wpływ uszkodzeń danego narządu. Te dwa czynniki ważące są wielkościami bezwymiarowymi .

Jednostka ta została nazwana na cześć Rolfa Sieverta , szwedzkiego fizyka, który pracował nad pomiarem dawek radioaktywnych i biologicznymi skutkami promieniowania.

Definicja

W międzynarodowym układzie jednostek  :

[Gy] = [Sv] = J / kg = m 2 / s 2

Siwert jest zatem jednorodny z szarością , inną jednostką stosowaną w dozymetrii , która mierzy dawkę pochłoniętą (energię pochłoniętą na jednostkę masy) niezależnie od jej efektu biologicznego.

Wchłoniętej dawki , D obliczana jest bezpośrednio szarości  : to absorpcję energii na jednostkę masy pod uwagę. W porównaniu do pochłoniętej dawki, skuteczne dawki , E , bierze się pod uwagę dwa dodatkowe bezwymiarowe czynników (współczynnik wagowy promieniowania w R , a współczynnik wagi tkanki w T ), odzwierciedlające względny wpływ promieniowania badanym w organie badanego, w porównaniu do promieniowania odniesienia.

Te dwa czynniki ważące są określone w zaleceniach Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej z 2007 roku . Tak więc, efektywna dawka E i równoważne H różnią zaabsorbowana dawka D , ponieważ są one zależne od wartości współczynników w R i W , T . W celu uniknięcia nieporozumień, urządzenie jest używane „szary” i „dżul na kilogram” do wchłoniętej dawki D i „sievert” jednostki dla równoważnej dawki H lub efektywnego E .

Ważenie natury promieniowania

Z jednej strony skutki biologiczne zależą nie tylko od energii otrzymanej przez promieniowanie jonizujące, ale także od natury tego promieniowania. Różnica ta jest uwzględniana we współczynniku wagowym promieniowania, co umożliwia obliczenie dawki równoważnej  : gdy obserwujemy, że przy takiej samej energii protony powodują średnio dwa razy więcej nowotworów niż promienie gamma, przekładamy ten wynik eksperymentalny na współczynnik wagowy związany z protonami wynosi dwa. W ten sposób dla każdego promieniowania można określić równoważną dawkę, która odpowiada dawce promieniowania gamma, która prowadzi do (zasadniczo) równoważnych wyników.

Równoważne dawki , H , jest produktem wchłoniętej dawki D z promieniowaniem jonizującym ze współczynnikiem bezwymiarowej: W R (współczynnik wagowy odzwierciedlające przy takiej samej energii, efekt specyficzne dla różnych promieni).

Współczynnik wagowy promieniowania w R odzwierciedla względną biologiczną skuteczność promieniowania. Oto kilka wartości:

Ważenie wrażliwości tkanki biologicznej

Z drugiej strony, dawka równoważna umożliwia obliczenie skutków biologicznych, gdy organizm jako całość jest narażony na stosunkowo jednorodną dawkę, ale gdy narażenie jest tylko częściowe, jego nasilenie musi być nadal zważane przez naturę tkanki biologicznej. . kto został narażony: jeśli narażenie jest miejscowe, jego skutek (zasadniczo rakotwórczy lub mutagenny) nie jest taki sam w zależności od tego, czy komórki zaatakowanego narządu rozmnażają się powoli (skóra, kość), czy też przeciwnie rozmnażają się bardzo szybko ( szpik kostny ) lub mogą mieć wpływ na potomstwo ( gonady ).

Oto kilka wartości w T dla narządów i tkanek:

Możemy wprowadzić dodatkowy czynnik N, aby uwzględnić inne czynniki, na przykład reprezentować napromieniowany gatunek (na przykład owady są znacznie bardziej odporne na promieniowanie niż na przykład ssaki ) lub skorygować otrzymaną dawkę zgodnie z szybkością akumulacji promieniowania . dwie równoważne dawki pod względem zdeponowanej energii nie są równoważne, jeśli są odbierane w różnym czasie) lub stężenia objętościowego (dawka skoncentrowana będzie się różnić od dawki rozproszonej ).

A oto kilka wartości N (w stosunku do ludzi) dla różnych organizmów:

Wpływ dawek promieniowania

Mechanizmy działające w przypadku efektów stochastycznych (a więc kwantyfikowanych miarami w siwertach) oraz w przypadku efektów deterministycznych (gdzie miary muszą być wyrażone w odcieniach szarości ) nie mają nic wspólnego z:

Współczynniki wagowe w R i w T obliczane przez ICRP zmieniają się wraz z pojawieniem się nowych danych naukowych lub epidemiologicznych. Mogą się zatem znacznie różnić (w górę lub w dół) w zależności od poglądu, że specjaliści w tej sprawie mają ryzyko. Dlatego w swoich zaleceniach z 2007 r. ICRP oszacował, że ryzyko przeniesienia na potomstwo zostało znacznie przeszacowane w zaleceniach z 1990 r., I zmniejszyli masę tkanki gonad z 0,20 do zaledwie 0,08.

Siwert służy do ilościowego określenia ryzyka stochastycznego wywołanego dla zdrowia pacjentów przez niskie promieniowanie: dodatkowe ryzyko śmierci jednego dnia z powodu raka, ryzyko przeniesienia poważnej mutacji jednego dnia na potomka. Siwert może być używany do wyrażania niskich wartości narażenia, na przykład w celu ochrony pracowników i ludności przed promieniowaniem w normalnych warunkach.

Jednak użycie siwerta do ilościowego określenia wpływu dużego promieniowania (zwykle rzędu Gy) jest niepoprawne, ponieważ dla takich dawek efekt nie jest stochastyczny, ale deterministyczny. Na przykład dawka 8  Gy jest uważana za śmiertelną, ponieważ wiąże się z pewną śmiercią. W przypadku tak wysokich dawek, które musimy wyrazić w odcieniach szarości , stosowanie siwertu jest prawie zawsze zabronione.

Otrzymana dawka i objawy kliniczne

Nadmierne napromienianie objawia się obecnością prodromów, takich jak nudności, biegunka, uczucie zmęczenia i złe samopoczucie. Ponadto zaobserwowano, że ubytek limfocytów w wyniku ekspozycji na promieniowanie jonizujące był wprost proporcjonalny do dawki skutecznej . W przypadku prawdopodobnego napromieniowania osobnika wykonuje się następnie dwa badania krwi w odstępie trzech godzin, aby ocenić wszelkie zmiany w populacji limfocytów.

Napromienianie ma również działanie stochastyczne  : powoduje zwiększone ryzyko raka, w zależności od otrzymanej dawki. Efekt ten można wykryć statystycznie. Środkiem uwzględniającym ten efekt jest siwert.

Objawy kliniczne obserwuje się w przypadku masywnych napromieniowań otrzymanych w bardzo krótkim okresie.
Komentarz: Zgodnie z artykułem dotyczącym ostrych napromieniowań, niewłaściwe jest stosowanie siwerta przy omawianiu deterministycznych (lub niestochastycznych) skutków promieniowania. Szarość i siwert to dwie „jednorodne” jednostki, które można zatem porównać, ale ogólnie, poza dawką jednego dżula na kilogram , pomiar jest wyrażony w odcieniach szarości.

Wpływ według kategorii dawki (skala logarytmiczna)
Dawka Efekt
20  Gy Dla dawki większej niż 40  Gy  : obserwuje się zespół nerwowy z drgawkami, śpiączką i natychmiastową śmiercią.

Ponieważ jednak wypadki te są niezwykle rzadkie, opisy kliniczne nie mogą być w pełni ustalone na podstawie epidemiologii .

10  Gy Dla dawki większej niż 8  Gy  : występuje zespół żołądkowo-jelitowy z ostrą biegunką, krwotok z przewodu pokarmowego prowadzący do śmierci. Śmierć jest praktycznie pewna przy dawkach większych niż 10  Gy . Orientacyjnie 12  Gy to dawka, którą można podać w celu leczenia białaczki poprzez zniszczenie szpiku kostnego tuż przed przeszczepem. Jest to również maksymalna dawka otrzymana przez niektórych zarządców z Czarnobyla .
5  Gy Globalne ostre napromienianie definiuje się jako dawkę zabijającą 50% osób narażonych na promieniowanie jonizujące. Ta wartość dopuszcza przedział od 3 do 4,5  Sv . Towarzyszy mu zespół hematologiczny trwający około trzydziestu dni. Nie stosuje się żadnego leczenia.
2  Gy Dla dawki od 2 do 4  Gy  : w praktyce klinicznej obserwuje się zespół hematopoetyczny. Populacje limfocytów i białych krwinek znacznie się zmniejszają. Mówimy o limfopenii, leukopenii, a napromienianie może prowadzić do anemii (niedoboru krwinek czerwonych).
1  Gy Mężczyzna wykazuje objawy kliniczne w wyniku napromieniania pojedynczą dawką równoważną 1000  mGy (tj. 1  Gy ), zwane „  chorobą popromienną  ”. Osoba jest następnie systematycznie hospitalizowana.

Ryzyko zachorowania na śmiertelny nowotwór w wyniku tego typu promieniowania (przy bardzo krótkiej, jednolitej ekspozycji) wynosi 5%. Liczba ta jest określona w ICRP 103 ( ICRP 103, strona 206 ): śmiertelność z powodu raka od 414 na 10 000 do 503 na 10 000, w zależności od cytowanych badań. Liczbę tę potwierdzają badania amerykańskie, które we wstępie mówią: „zgodnie z najnowszymi dostępnymi danymi (Październik 2003) obserwacji ofiar japońskiej bomby atomowej, około 5% z 9335 zgonów z powodu raka jest spowodowanych promieniowaniem, a 0,8% z 31 881 zgonów innych niż rak jest spowodowanych promieniowaniem, co jest zgodne z innymi publikacjami cytowanymi poniżej ”.

0,5  Gy Obserwacja oczyszczalni z Czarnobyla ujawniła nienormalnie wysoką zachorowalność bez objawów klinicznych specyficznie związanych z napromienianiem , co sugeruje zespół niedoboru odporności wywołany promieniowaniem radioaktywnym.
0,2  Gy „Termin „ niska ” dawka oznacza każdą dawkę, w przypadku której nie można wykryć efektu biologicznego z powodu granic czułości obecnie dostępnych technik. Progi czułości 2  cGy dla wykrywania wzrostu częstości aberracji chromosomowych i 20  cGy dla ryzyka raka zostały przyjęte kosztem obszernej analizy przypadku przez kilka zespołów. ”.
0,1  Gy Badanie ofiar z Hiroszimy i Nagasaki nie wykazało statystycznie istotnego ryzyka raka przy dawkach podawanych narządom poniżej 100  mSv = 0,1  Sv .

Dawka jednego siwerta to dobry rząd wielkości, który kwalifikuje napromienianie jako niebezpieczne dla ofiary, uzasadniając później specjalną kontrolę medyczną:

W przypadku mniejszych dawek i dawek skumulowanych otrzymywanych przez długi czas nie obserwuje się efektu deterministycznego, a efektów stochastycznych nie da się precyzyjnie zmierzyć. Wobec braku danych umożliwiających ich rozdzielenie, jest to obszar, w którym ścierają się dwie przeciwstawne tezy:

W przedziale od 10  mSv (jeden rem ) do 1 Sv zapobieganie przypadkowym napromienianiu jest przedmiotem troski z punktu widzenia zdrowia publicznego ze względu na statystyczny nadmiar nowotworów, które by one spowodowały, ale napromieniania te nie są bardziej identyfikowalne. konsekwencje na poziomie indywidualnym.

Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej odradza otrzymujących roczną dawkę więcej niż jeden milisiwert, ale szacuje się, że ekspozycja na mniej niż stu millisieverts rocznie nie oznacza statystycznie zwiększone ryzyko raka.

Narażenie na promieniowanie

Cząstka przenosi tylko znikomą energię. Poniższa tabela przedstawia strumienie cząstek w powietrzu (wyrażone jako liczba cząstek na centymetr kwadratowy), w zależności od rodzaju cząstki i jej energii, dla dawki w tkankach miękkich 1  mSv .

Energia (MeV) Elektron ( beta ) Photon ( gamma ) Neutron
10 -8 do 10 -3 9,6 × 10 7
10 −2 2,6 × 10 5 1,3 × 10 8 6,5 × 10 7
10 -1 1,5 × 10 6 2,5 × 10 9 2,0 × 10 8
1 3,1 × 10 6 2,0 × 10 8 2,8 × 10 6
10 3,0 × 10 6 4,0 × 10 7 2,5 × 10 6

Potrzeba bardzo dużej aktywności (wyrażonej w bekerelach , oznaczonej Bq), aby stworzyć realne zagrożenie dla zdrowia, o ile narażenie jest ograniczone do promieniowania z dużej odległości, bez kontaktu z materiałem radioaktywnym.

Na przykład, zewnętrzne narażenie na zanieczyszczenie 4000 Bq / m 2 (rząd wielkości opadu obserwowanego we Francji po katastrofie w Czarnobylu) radioaktywności, którą zakłada się (do obliczeń) jako beta do 1 MeV odpowiadałoby przepływ elektronów 0,4  cm −2  s −1 elektronów, więc napromieniowanie 0,4 / 3,1 x 10 −6 = 0,13 x 10 −6  mSv s −1 . Roczne narażenie (tj. Przez 32 × 10 6 sekund) na promieniowanie o tej amplitudzie prowadzi do napromieniowania o wartości 0,4 / (3,1 × 32) = 4  mSv , tj. Dwukrotność naturalnej średniej dawki lub ponownie rzędu wielkości rocznego limitu dopuszczony dla ludności cywilnej (dla porównania dawka pochłonięta do prześwietlenia płuc jest rzędu 0,3  mSv ).

Ponadto dawka dostarczana przez pierwiastek radioaktywny może być znacznie wyższa, jeśli jest on metabolizowany i pozostaje utrwalony w jednym lub większej liczbie narządów (napromienianie wewnętrzne). Dlatego głównym ryzykiem związanym z opadem z Czarnobyla dla populacji francuskiej jest potencjalnie rak tarczycy (wewnętrzne napromienianie tarczycy radioaktywnym jodem spożywanym podczas picia mleka).

Rzędy wielkości i przepisy

Dla wygody powszechnie używany jest milisiwert (mSv).

Równoważne i bliskie jednostki

Istnieje wiele fizycznych jednostek mierzących radioaktywność.

1  Sv (siwert) (= 100  rem) = 1000  mSv = 1000000  μSv
1  mSv (milisiwert) (= 100 mrem) = 0,001  Sv = 1000  μSv
1  μSv (mikrosiwert) (= 0,1 mRm) = 0,000 001  Sv = 0,001  mSv

1  rem = 0,01  Sv = 10  mSv = 10000  μSv
1 mrem = 0,000 01  Sv = 0,01  mSv = 10  μSv

Uwagi i odniesienia

  1. „Leksykon” , CEA .
  2. "Units with special names" , International Bureau of Weight and Measures (dostęp: 29 stycznia 2008).
  3. „Zalecenia Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej z 2007 r.” , ICRP 103, 2009 [PDF] .
  4. (en) DJ Strom, „  Health Impacts from a Radiation Exposure  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • Co robić? ) , Pacific Northwest National Laboratory, obsługiwane przez Battelle dla Departamentu Energii USA, 2003. strona 5
  5. Według Delahaye, „Aspekty medyczne związane z użyciem broni jądrowej”, 1969.
  6. Z oszacowania i zarządzania ryzykiem raka oskrzeli i płuc wywołanego przez córki radonu , Radioprotection 1997 Vol. 32, nr 3, strony 331 do 355. „  http://www.radioprotection.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=%2Farticles%2Fradiopro%2Fpdf%2F1997%2F03%2Fra0303.pdf  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • Co robić? )
  7. (w) DJ Strom, „  Wpływ ostrego narażenia na promieniowanie na zdrowie  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • Co robić? ) , Pacific Northwest National Laboratory, obsługiwane przez Battelle dla amerykańskiego Departamentu Energii, 2003.
  8. „  O. RIGAUD, Adaptacja radiowa: komórkowe i molekularne aspekty odpowiedzi na niskie dawki promieniowania jonizującego  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • What to do? ) , Radioprotection 1998 Vol. 33, nr 4 [PDF] , strony 389 do 404 na radioprotection.org
  9. Zobacz na przykład reakcje całego ciała na narażenie na niskie poziomy promieniowania lub Zależności dawka-skutek i oszacowanie rakotwórczego wpływu niskich dawek promieniowania jonizującego lub Ryzyko raka spowodowane promieniowaniem o niskim poziomie: przegląd najnowszych dowodów .
  10. „  Radioactivity: The linear relations withoutreshold  ” , na www.laradioactivite.com (dostęp 21 marca 2016 )
  11. Ekspozycja 200  mSv prowadzi do względnego ryzyka śmiertelnego raka wynoszącego 1% (2 x 0,5 na tysiąc).
  12. Japonia: incydent jądrowy naraża 30 pracowników na promieniowanie , Le Monde , 27 maja 2013 r.
  13. Library of Nuclear Sciences and Techniques - Atomic Engineering, fasc. C VII, PUF, 1963.
  14. Zgodnie z tymi liczbami
  15. Nair, KRR, MK Nair, P. Gangadharan i in. Pomiar poziomu naturalnego promieniowania tła w Karunagappally Taluk, Kerala, Indie. p. 79-82 w: High Levels of Natural Radiation and Radon Areas: Radiation Dose and Health Effects (J. Peter, G. Schneider, A. Bayer i in., Eds.). Tom II: Prezentacje plakatowe. BfS Schriften 24/2002. Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, 2002. Gangadharan, P., MK Nair, P. Jayalekshmi et al. Zachorowalność i śmiertelność z powodu raka na obszarze o wysokim naturalnym promieniowaniu tła w Kerali w Indiach. p. 510-512 w: High Levels of Natural Radiation and Radon Areas: Radiation Dose and Health Effects (J. Peter, G. Schneider, A. Bayer i in., Eds.). Tom II: Prezentacje plakatowe. BfS Schriften 24/2002. Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, 2002. [1] [2]
  16. Raport UNSCEAR ( ISBN  978-92-1-142274-0 ) .
  17. Strona internetowa ASN
  18. http://www.laradioactivite.com/site/pages/dosesdexamensauxrayonsx.htm
  19. Sievert-System  : narzędzie do obliczania dawek promieniowania otrzymywanych podczas podróży lotniczych (opracowane przez IRSN i DGAC ).
  20. Radioaktywność i tytoń na stronie Francuskiego Towarzystwa Fizyki
  21. Raport Videonews.com
  22. ACRO, Kronika wydarzeń nuklearnych w Japonii.
  23. https://news.umich.edu/nano-sized-voltmeter-measures-electric-fields-deep-within-cells/
  24. https://ondes-info.ineris.fr/node/719

Zobacz też

Bibliografia