Äquivalentdosis

Trotz gleicher Energiedosis ist die biologische Wirkung verschiedener Strahlungsarten unterschiedlich. Diese Tatsache wird mit der Äquivalentdosis berücksichtigt, die grundlegend dem Produkt der Energiedosis und eines festgelegten Wichtungsfaktors entspricht. Da die Wichtungsfaktoren dimensionslos sind, gleichen sich die Einheiten von Energiedosis und Äquivalentdosis. Zur Unterscheidung wird die Energiedosis in Gray (Gy) und die Äquivalentdosis (sowie andere gewichtete Strahlendosen) in Sievert (Sv) angegeben. Früher wurde die Äquivalentdosis in Rem (roentgen equivalent man) angegeben, wobei 1 Sv 100 Rem entspricht.

Zur Quantifizierung der stochastischen Strahlenrisiken wird im deutschen Strahlenschutzgesetz (StrlSchG) die Körperdosis als Äquivalentdosis verwendet. Da die Körperdosen jedoch nicht unmittelbar messbar sind, werden sie mithilfe von anderen Messgrößen (z.B. Dosismessgrößen) abgeschätzt.

Alphateilchen haben beispielsweise bei gleicher Energiedosis eine deutlich höhere biologische Wirksamkeit als Photonen (Gamma- oder Röntgenstrahlung). Man unterscheidet zwischen:

• Qualitätsfaktor Q_R: bezieht sich auf die äußere Strahlenexposition bei Dosismessgrößen. Beruht auf einem theoretischen Modell, das die biologische Wirksamkeit der Strahlung aus dem linearen Energieübertragungsvermögen (LET) ableitet.
• Strahlungswichtungsfaktor W_R: wird zur Bestimmung der Körperdosis verwendet. Beruht auf Beobachtungen stochastischer Gesundheitseffekte von bestimmten Strahlenarten im Vergleich zu Photonen als Referenzstrahlung.

Strahlungswichtungsfaktoren stellen keine physikalische Messgröße dar, sondern sind rechtlich definierte Normen, die in der Strahlenschutzverordnung festgelegt sind. Sie sind somit nicht mit der experimentell bestimmten relativen biologischen Wirksamkeit (RBW) gleichzusetzen. Man unterscheidet nach dem Bericht Nr. 103 der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) folgende Strahlungswichtungsfaktoren:

• Photonen (Gamma- und Röntgenstrahlung): 1
• Elektronen, Myonen: 1
• Neutronen: variabel
  • E_N < 1: 2,5 + 18,2 e^{-[ln(E_n)]2/6}
  • 1 ≤ E_N ≤ 50: 5,0 + 17,0 e^{-[ln(E_n)]2/6}
  • E_N > 50: 2,5 + 3,25 e^{-[ln(0,04 E_n)]2/6}
• Protonen, Pionen: 2
• Alphateilchen, Spaltfragmente, Schwerionen: 20

Die Äquivalentdosis kann bei äußerer Strahlenexposition als Dosismessgröße (H_R) zur Dosisüberwachung verwendet werden. Dabei wird als Wichtungsfaktor der Qualitätsfaktor verwendet. Man unterscheidet zwischen:

• Ortsdosis: wird v.a. zur Definition von Strahlenschutzbereichen verwendet. Meist als Ortsdosisleistung angegeben (Zunahme der Ortsdosis pro Zeiteinheit, angegeben in µSv/h).
  • Umgebungs-Äquivalentdosis H*(10): Messpunkt liegt in der Tiefe von 10 mm im standardisierten Phantom der ICRU-Kugel
• Personendosis: Dosismessgröße an der Tragestelle des Dosimeters. Dient der Überwachung, ob festgelegte Grenzwerte für Körperdosen eingehalten werden.
  • Tiefen-Personendosis H_P(10): Messpunkt in ICRU-Kugel in Tiefe von 10 mm
  • Oberflächen-Personendosis H_P(0,07): Messpunkt in 0,07 mm Tiefe
  • Augenlinsen-Personendosis HP(3): Messpunkt in 3 mm Tiefe

Die mittlere natürliche Ortsdosisleistung beträgt in Deutschland ca. 0,08 µSv/h mit einer Schwankungsbreite von 0,05 bis 0,18 µSv/h. Als untere Grenze des Kontrollbereichs ist eine Ortsdosisleistung von 3 µSv/h definiert, bei einem Gefahrenbereich gilt 25 µSv/h und bei einem Sperrbereich 3.000 µSv/h als Grenze.

Die Äquivalentdosis kann bei äußerer Strahlenexposition als Körperdosis dienen. Hierbei wird der Strahlungswichtungsfaktor verwendet. Man unterscheidet zwischen:

• Organ-Äquivalentdosis H_T: über ein Organ gemittelte Äquivalentdosis
• Effektive Dosis E: über den gesamten Körper gebildeter Mittelwert aus Organ-Äquivalentdosen unter Berücksichtigung der Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Organe. Beispiele:
  • effektive Dosis in Deutschland durch zivilisatorische Strahlenexposition: 1,7 mSv/J
  • effektive Dosis bei einem Röntgen-Thorax: 0,018 mSv
  • effektive Dosis bei einem CT-Thorax: 5,1 mSv

Die Organ-spezifischen Gewebewichtungsfaktor betragen z.B.:

• Knochenmark: 0,12
• Leber: 0,04
• Haut: 0,01

Bei innerer Strahlenexposition (z.B. bei inkorporierten Radionukliden) existieren keine Dosismessgrößen. Als Körperdosen dienen:

• Folge-Organ-Äquivalentdosis
• effektive Folgedosis

Diese Folgedosen werden z.B. mithilfe von Dosiskoeffizienten unter Berücksichtigung des Strahlungswichtungsfaktors des Radionuklids, der biokinetischen Abläufe und der Stoffwechselvorgänge geschätzt.

• Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)