Sievert

Sievert
Informasjon
System Enheter avledet fra det internasjonale systemet
Enhet av… Tilsvarende dose , effektiv dose
Symbol Sv
Eponym Rolf sievert
Konverteringer
1 Sv i ... er lik...
  SI-enheter   1  m 2  s −2
     1 J  kg −1

Den Sievert (symbol: Sv ) er den “enhet som brukes til å gi en vurdering av virkningen av strålingen på mennesker” . Mer presist er det enheten avledet fra det internasjonale systemet som brukes til å måle en ekvivalent dose , en effektiv dose eller en radioaktiv dosehastighet (Sv / s, Sv / h eller Sv / år), dvs. for å kvantitativt vurdere den biologiske effekten av mennesker eksponering for ioniserende stråling . Sievert kan derfor ikke brukes til å kvantifisere eksponeringen mottatt av forsøksdyr, og erstattes av den grå .

Effekten av stråling avhenger først og fremst av den ioniserende energien som fysisk mottas av hver masseenhet. Sievert har derfor den samme fysiske definisjonen som den grå , dvs. en joule per kilo . Imidlertid reflekteres den spesifikke effekten av denne energien av to koeffisienter, den ene redegjør for den biologiske effektiviteten til forskjellige strålinger, og den andre for den biologiske effekten av skade på et gitt organ. Disse to vektingsfaktorene er dimensjonsløse mengder .

Denne enheten ble oppkalt etter Rolf Sievert , en svensk fysiker som jobbet med måling av radioaktive doser og med de biologiske effektene av stråling.

Definisjon

I det internasjonale enhetssystemet  :

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

Sievert er derfor homogen med den grå , en annen enhet som brukes i dosimetri , som måler den absorberte dosen (energien absorbert per masseenhet) uavhengig av dens biologiske effekt.

Den absorberte dosen , D , beregnes direkte i gråtoner  : det er energien som absorberes per masseenhet som vurderes. Sammenlignet med den absorberte dosen, tar den effektive dosen , E , hensyn til to ytterligere dimensjonsløse faktorer (strålingsvektsfaktoren w R og vevsvektsfaktoren w T ), som gjenspeiler den relative effekten av strålingen som er vurdert på det vurderte organet, til en referansestråling.

Disse to vektingsfaktorene er foreskrevet i 2007-anbefalingene fra Den internasjonale kommisjonen for radiologisk beskyttelse . Således er den effektive dose E og tilsvarende H er forskjellig absorbert dose D , ettersom de er avhengige av verdien av faktorene w R og w T . For å unngå forvirring, er enheten brukt "grå" eller "joule per kilogram" til den absorberte dosen D og "Sievert" enhet for den tilsvarende dose H eller effektiv E .

Vekting av strålingens natur

På den ene siden avhenger de biologiske effektene ikke bare av energien som mottas av den ioniserende strålingen, men også av arten av denne strålingen. Denne forskjellen er tatt hensyn til i strålingsvektfaktor , som gjør det mulig å beregne den tilsvarende dose  : når vi observerer at ved samme energi, protoner forårsake i gjennomsnitt dobbelt så mange kreftformer som gammastråler, oversetter vi dette eksperimentelle resultat indikerer at vektingsfaktor knyttet til protonene er to. For hver stråling er det således mulig å definere den ekvivalente dosen som tilsvarer dosen av gammastråling som fører til (i det vesentlige) ekvivalente resultater.

Den ekvivalente dosen , H , er produktet av den absorberte dosen D av ioniserende stråling med en dimensjonsløs faktor: w R (vektingsfaktor som reflekterer ved ekvivalent energi den effekten som er spesifikk for de forskjellige strålinger).

Strålingsvektsfaktoren w R reflekterer den relative biologiske effektiviteten til strålingen. Her er noen verdier:

Vekting av følsomheten til biologisk vev

På den annen side gjør den ekvivalente dosen det mulig å beregne biologiske effekter når en organisme som helhet utsettes for en relativt homogen dose, men når en eksponering bare er delvis, må dens alvorlighetsgrad fortsatt veies av naturen til det biologiske vevet . som har vært utsatt: når en eksponering er lokal, dens effekt (i hovedsak, en kreftfremkallende eller arvestoffskadelige potensiale) ikke har samme alvorlighetsgrad avhengig av om cellene i de berørte organ reprodusere sakte (hud, bein) eller, tvert imot reproduserer veldig raskt ( benmarg ) eller vil sannsynligvis påvirke avkommet ( kjønnsorganene ).

Her er noen verdier av w T for organer og vev:

Vi kan innføre en ekstra faktor N for å ta hensyn til andre faktorer, for eksempel for å representere de bestrålte artene ( insekter er mye mer motstandsdyktige mot stråling enn for eksempel pattedyr ) eller for å korrigere dosen som mottas i henhold til dens strålehastighet . to ekvivalente doser når det gjelder avsatt energi er ikke ekvivalente hvis de mottas over forskjellige varigheter) eller av volumkonsentrasjonen (en konsentrert dose vil være forskjellig fra en diffus dose ).

Og her er noen verdier av N (i forhold til mennesker) for forskjellige organismer:

Effekt av stråledoser

Mekanismene som virker i tilfelle stokastiske effekter (derfor kvantifisert ved tiltak i sieverts) og i tilfelle deterministiske effekter (der tiltakene må uttrykkes i gråtoner ) har ingenting å gjøre med:

Vektingsfaktorene w R og w T beregnet av ICRP utvikler seg når nye vitenskapelige eller epidemiologiske data dukker opp. De kan derfor variere betydelig (oppover eller nedover) avhengig av ideen som spesialister i spørsmålet har risiko. I sine anbefalinger fra 2007 estimerte ICRP således at risikoen for overføring til avkom ble sterkt overvurdert i anbefalingene fra 1990, og de reduserte vevvektskoeffisienten for gonadene fra 0,20 til bare 0,08.

Sievert brukes til å kvantifisere den stokastiske risikoen indusert på helsen til fagene ved lav stråling: ytterligere risiko for å dø en dag av kreft, risiko for å overføre en alvorlig mutasjon en dag til en etterkommer. Sievert kan brukes til å uttrykke lave eksponeringer, for eksempel for strålebeskyttelse av arbeidere og publikum under normale forhold.

Imidlertid er bruk av sievert for å kvantifisere effekten av en stor stråling (vanligvis i størrelsesorden Gy) feil, for for slike doser er effekten ikke stokastisk, men deterministisk. For eksempel sies det at en dose på 8  Gy er dødelig fordi den innebærer sikker død. For disse høye dosene må vi uttrykke oss i gråtoner , bruk av sievert er nesten alltid forbudt.

Dose mottatt og kliniske tegn

Overdreven bestråling avsløres ved tilstedeværelse av prodromer som kvalme, diaré, en følelse av tretthet og ubehag. Videre ble det observert at lymfocyttutarmingen som følge av eksponering for ioniserende stråling var direkte proporsjonal med den effektive dosen . I tilfelle en sannsynlig bestråling hos et individ blir det tatt to blodprøver med tre timers mellomrom for å vurdere eventuelle variasjoner i lymfocyttpopulasjonen.

Bestråling har også en stokastisk effekt  : den medfører økt risiko for kreft, avhengig av mottatt dose. Denne effekten kan oppdages statistisk. Sievert er tiltaket som tar hensyn til denne effekten.

De kliniske tegnene observeres for massive bestrålinger, mottatt over en veldig kort periode.
Kommentar: I følge artikkelen om akutte bestrålinger er det feil å bruke sievert når man diskuterer de deterministiske (eller ikke-stokastiske) effektene av stråling. Det grå og sievert er to "homogene" enheter som derfor kan sammenlignes, men generelt, over en dose på en joule per kilo , blir målingen uttrykt i gråtoner.

Effekt etter dosekategori (logaritmisk skala)
Dose Effekt
20  Gy For en dose større enn 40  Gy  : et nervesyndrom med kramper, koma og øyeblikkelig død observeres.

Men siden disse ulykkene er ekstremt sjeldne, kan kliniske beskrivelser ikke fullstendig fastsettes av epidemiologi .

10  Gy For en dose større enn 8  Gy  : det er et gastrointestinalt syndrom med akutt diaré, fordøyelsesblødning som fører til døden. Døden er praktisk talt sikker for doser større enn 10  Gy . Som en guide er 12  Gy dosen som kan gis for å behandle leukemi ved å ødelegge beinmargen like før en transplantasjon. Dette er også den maksimale dosen som noen likvidatorer av Tsjernobyl mottar .
5  Gy Global akutt bestråling er definert som en dose som dreper 50% av pasientene utsatt for ioniserende stråling. Denne verdien tillater et intervall på 3 til 4,5  Sv . Det er ledsaget av et hematologisk syndrom som strekker seg over omtrent tretti dager. Ingen behandling er gitt.
2  Gy For en dose på 2 til 4  Gy  : et hematopoietisk syndrom observeres i klinisk praksis. Bestandene av lymfocytter og hvite blodlegemer reduseres betraktelig. Vi snakker om lymfopeni, leukopeni og bestråling kan føre til anemi (mangel på røde blodlegemer).
1  Gy Mennesket presenterer kliniske tegn på grunn av bestråling fra en enkelt dose tilsvarende 1000  mGy (dvs. 1  Gy ), kalt "  strålingssyke  ". Individet blir deretter systematisk innlagt på sykehus.

Risikoen for å utvikle dødelig kreft fra denne typen stråling (i en veldig kort ensartet eksponering) er 5%. Denne figuren er spesifisert i ICRP 103 ( ICRP 103 side 206 ): kreftindusert dødelighet fra 414 per 10 000 til 503 per 10 000, avhengig av studiene som er sitert. Dette tallet bekreftes av en amerikansk studie som sier innledningsvis: "ifølge de siste tilgjengelige tallene (Oktober 2003) av japanske atombombeoverlevende, er ca. 5% av de 9.335 kreftdødsfallene på grunn av stråling og 0,8% av de 31 881 dødsfallene som ikke er kreft skyldes stråling, noe som er i samsvar med de andre publikasjonene som er sitert nedenfor.

0,5  Gy Observasjonen av Tsjernobylrensene avdekket unormalt høy sykelighet uten kliniske tegn spesielt knyttet til bestråling , noe som antyder et radioindusert immunsvikt syndrom.
0,2  Gy "Begrepet " lav dose " definerer en hvilken som helst dose som en biologisk effekt ikke kan påvises på grunn av sensitivitetsgrensene til tilgjengelige teknikker. Følsomhetsterskler på 2  cGy for påvisning av en økning i frekvensen av kromosomavvik og med 20  cGy for risikoen for kreft ble vedtatt på bekostning av en omfattende saksanalyse av flere team. ".
0,1  Gy Studien av ofre fra Hiroshima og Nagasaki avslørte ikke en statistisk signifikant risiko for kreft for doser til organer under 100  mSv = 0,1  Sv .

En dose av en sievert er en god størrelsesorden for å betegne bestråling som farlig for offeret, og rettferdiggjør spesiell medisinsk overvåking etterpå:

For lavere doser, og for kumulative doser mottatt over lange perioder, er det ingen deterministisk effekt observert, og de stokastiske effektene er umulige å måle med presisjon. I mangel av data som gjør det mulig å skille dem, er dette et område der to motsatte teser kolliderer:

I intervallet mellom 10  mSv (en rem ) og 1 Sv, er forebygging av utilsiktet bestråling et spørsmål om folkehelse, på grunn av det statistiske overskuddet av kreft som de ville forårsake, men disse bestrålingen har ikke mer identifiserbar konsekvens på individnivå.

Den internasjonale kommisjonen for radiologisk beskyttelse fraråder å motta en årlig dose på mer enn en millisievert, men anslår at eksponering på mindre enn hundre millisievert per år ikke representerer en risiko for økt kreft.

Stråleeksponering

En partikkel overfører bare ubetydelig energi. Følgende tabell viser partikkelstrømningene i luft (uttrykt som antall partikler per kvadratcentimeter), avhengig av partikkeltypen og dens energi, for en dose i mykt vev på 1  mSv .

Energi (MeV) Elektron ( beta ) Foton ( gamma ) Neutron
10 −8 til 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

Det tar en veldig høy aktivitet (uttrykt i becquerels , bemerket Bq) for å skape en reell helserisiko, så lenge eksponeringen er begrenset til stråling på avstand, uten kontakt med det radioaktive materialet.

For eksempel vil en ekstern eksponering for en forurensning på 4000 Bq / m 2 (størrelsesorden av nedfallet observert i Frankrike etter Tsjernobyl-katastrofen) av en radioaktivitet som antas (for beregningen) å være beta til 1 MeV tilsvarer en elektronstrøm på 0,4  cm −2  s −1 elektroner, så en bestråling på 0,4 / 3,1 × 10 −6 = 0,13 × 10 −6  mSv s −1 . En årlig eksponering (dvs. i 32 × 10 6 sekunder) for stråling av denne amplituden fører til en bestråling på 0,4 / (3,1 × 32) = 4  mSv , dvs. to ganger den naturlige gjennomsnittsdosen, eller igjen størrelsesorden på årsgrensen godkjent for sivilbefolkningen (til sammenligning er den absorberte dosen for en lungerøntgen i størrelsesorden 0,3  mSv ).

Videre kan dosen som leveres av et radioelement være mye høyere hvis den metaboliseres og forblir fast i ett eller flere organer (intern bestråling). Dette er grunnen til at den største risikoen forbundet med nedfallet fra Tsjernobyl for de franske befolkningene er potensielt skjoldbruskkreft (intern bestråling av skjoldbruskkjertelen ved radioaktivt jod som inntas mens du drikker melk).

Størrelsesordrer og forskrifter

For enkelhets skyld brukes ofte millisievert (mSv).

Tilsvarende og nære enheter

Det er mange fysiske enheter som måler radioaktivitet.

1  Sv (sievert) (= 100  rem) = 1.000  mSv = 1.000.000  μSv
1  mSv (millisievert) (= 100 mrem) = 0.001  Sv = 1.000  μSv
1  μSv (mikrosievert) (= 0.1 mrem) = 0.000 001  Sv = 0.001  mSv

1  rem = 0.01  Sv = 10  mSv = 10.000  μSv
1 mrem = 0.000 01  Sv = 0.01  mSv = 10  μSv

Merknader og referanser

  1. "Lexikon" , CEA .
  2. "Enheter med spesielle navn" , International Bureau of Weights and Measures (åpnet 29. januar 2008).
  3. “2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection” , ICRP 103, 2009 [PDF] .
  4. (en) DJ Strom, “  Health Impacts from a Radiation Exposure  ” ( ArkivWikiwixArchive.isGoogle • Hva skal jeg gjøre? ) , Pacific Northwest National Laboratory, drevet av Battelle for US Department of Energy, 2003. side 5
  5. I følge Delahaye, "Medisinske aspekter ved bruk av atomvåpen", 1969.
  6. Fra estimering og håndtering av risikoen for bronkopulmonal kreft forårsaket av radondøtre , Radioprotection 1997 Vol. 32, nr. 3, side 331 til 355. “  http://www.radioprotection.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=%2Farticles%2Fradiopro%2Fpdf%2F1997%2F03%2Fra0303.pdf  ” ( ArkivWikiwixArchive.isGoogle • Hva skal jeg gjøre? )
  7. (in) DJ Strom, "  Health Impacts from Acute Radiation Exposure  " ( ArkivWikiwixArchive.isGoogle • Hva skal jeg gjøre? ) , Pacific Northwest National Laboratory, drevet av Battelle for US Department of Energy, 2003.
  8. “  O. RIGAUD, Radio-tilpasning: cellulære og molekylære aspekter av et svar til lave doser av ioniserende stråling '  ” ( ArkivwikiwixArchive.isGoogle • Hva må gjøres? ) , RADIO 1998 Vol. 33, nr. 4 [PDF] , side 389 til 404 på radioprotection.org
  9. Se for eksempel Hele kroppsresponser på lavt nivå av stråleeksponering , eller Dose-effekt-forhold og estimering av kreftfremkallende effekter av lave doser av ioniserende stråling , eller The Cancer Risk From Low Level Radiation: A Review of Recent Evidence .
  10. "  Radioaktivitet: Den lineære relasjonen uten terskel  " , på www.laradioactivite.com (åpnet 21. mars 2016 )
  11. En eksponering på 200  mSv fører til en relativ risiko for dødelig kreft på 1% (2 x 0,5 promille).
  12. Japan: atomulykke utsetter 30 ansatte for stråling , Le Monde , 27. mai 2013.
  13. Bibliotek for kjernevitenskap og teknikker - Atomic Engineering, fasc. C VII, PUF, 1963.
  14. I henhold til disse tallene
  15. Nair, KRR, MK Nair, P. Gangadharan et al. Måling av de naturlige bakgrunnsstrålingsnivåene i Karunagappally Taluk, Kerala, India. s. 79-82 in: High Levels of Natural Radiation and Radon Areas: Radiation Dose and Health Effects (J. Peter, G. Schneider, A. Bayer et al., Eds.). Volum II: Plakatpresentasjoner. BfS Schriften 24/2002. Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, 2002. Gangadharan, P., MK Nair, P. Jayalekshmi et al. Kreft sykdom og dødelighet i et høyt naturlig bakgrunnsstrålingsområde i Kerala, India. s. 510-512 in: High Levels of Natural Radiation and Radon Areas: Radiation Dose and Health Effects (J. Peter, G. Schneider, A. Bayer et al., Eds.). Volum II: Plakatpresentasjoner. BfS Schriften 24/2002. Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, 2002. [1] [2]
  16. UNSCEAR-rapport ( ISBN  978-92-1-142274-0 ) .
  17. ASNs nettsted
  18. http://www.laradioactivite.com/site/pages/dosesdexamensauxrayonsx.htm
  19. Sievert-System  : verktøy for beregning av stråledoser mottatt under flyreise (utviklet av IRSN og DGAC ).
  20. Radioaktivitet og tobakk , på nettstedet til det franske fysiske samfunnet
  21. Videonews.com rapport
  22. ACRO, Chronicle of Nuclear Events in Japan.
  23. https://news.umich.edu/nano-sized-voltmeter-measures-electric-fields-deep-within-cells/
  24. https://ondes-info.ineris.fr/node/719

Se også

Bibliografi