ミリシーベルトと電圧の関係について教えてください

質問

Ｘ線について勉強していたらミリシーベルトという単語が何度も出てきました。フィルムバッチや検量計を用いればよいようですが、Ｘ線装置の電圧・照射時間・距離などからミリシーベルトの値を導くことができるのでしょうか？実はかなり以前に感じていた疑問なのですが、今回実際にＸ線装置を使用することになり、この疑問を解決したく質問させていただくことに致しました。私が思っているよりも複雑な計算が必要な気がしますが・・・ちなみに私が使用する予定のものは４０ＫＶです（これは一般的に強い装置と言えるのですか？）。例えばこの発生装置から５０センチ離れた所で１秒間Ｘ線を照射したとしたら何ミリシーベルトくらいになると考えられるのでしょうか？自分で質問しておきながら変な質問かなぁ・・・とも思えますが、どうかよろしくお願い致します。

回答No.2

stomachman · ベストアンサー

●等価線量と吸収線量
1 ミリシーベルト 1 mSv は (1/1000) Sv (Sievert)。等価線量（線量当量とも呼ぶ）の単位です。
種々の放射線の人体への影響を統一して表そうという（無理のある）尺度ですから、もともとが目安です。（つまり等価線量の概念自体がホンマカイナといわれちゃう部分を含んでいます。）
　吸収線量 [Gy (グレイ:Gray) = J/kg]と線質係数[Sv/Gy]を用いて
（１）　等価線量[Sv] = 線質係数[Sv/Gy]× 吸収線量 [Gy]
　吸収線量というのは質量あたりの吸収エネルギーのことで、これは物理的に明確な概念です。線質係数は、放射線の種類によって生体への影響が異なることを補正するためのいささかエー加減な係数で（すが、幸いＸ線を基準にしているので）Ｘ線の場合１にします。つまり
（１'）　等価線量[Sv] = 1[Sv/Gy]×吸収線量[Gy]

●照射線量
　ある特定のＸ線管において、Ｘ線管電圧を一定に保ったとき、照射線量（Ｘ線が空気をイオン化する能力を表します）は
（２）　照射線量 [R(レントゲン)] ∝ Ｘ線管電流[A(アンペア)] × Ｘ線照射時間[s(秒)]
という関係にあり、この右辺の値が分からなくちゃいけません。照射時間だけじゃダメなんです。（∝ は比例の意味です）

　さてご質問の40kVのＸ線管の出すＸ線ですけど、Ｘ線光子のエネルギーが最小0keVから最大40keVまで分布している。光子のエネルギーが低く透過力が弱いので、医療用としてはごく特殊にしか使われないほど。なにしろカラーテレビのブラウン管が出すＸ線とほぼ同じエネルギーですんで、数ミリの普通のガラス板でほぼ遮蔽できます。つまり、もし被曝すれば皮膚・皮下脂肪・筋肉でほとんどのＸ線光子のエネルギーが吸収されることになります。特に目の角膜は要注意ですね。メガネを掛けるだけで全然違うでしょう。
　電子がぶつかるターゲットの材質や、ターゲットと照射窓のなす角度によって、ターゲット内でのＸ線吸収が大きく異なり、さらにＸ線管（真空管ですね）の中から外に出てくるまでの間にＸ線が通り抜けた物質（ガラスや金属）によるＸ線の吸収の影響が非常に重要になってきます。つまり同じ電圧・電流を印加しても、照射線量は装置ごとに著しく違います。ことにこのぐらい低いエネルギーのＸ線になると、装置ごとの違いがますます大きくなります。
　これを念頭に置いて、の話ですが、ご質問のＸ線装置の単位時間・単位電流当たりの照射線量は、1mの距離において1 [R/A/s] 位じゃないかな、と見積もられます。もちろんこれはおおざっぱなオーダーに過ぎず、実測しなきゃ絶対ダメです。
50cm離れた所、という条件は、単位体積当たりの吸収エネルギーがＸ線源と吸収物体の距離の２乗に反比例するということ
（３）　照射線量 ∝ 1/(距離)^2
から、だいたい 照射線量[R] ～4 [R/A/s] (しつこいけど、この4という数字は極めて怪しい。0.1～10位であってもおかしくないですよ。）
　また、「Ｘ線源」というのは、電子ビームがＸ線管の中でターゲットにぶつかる焦点(focus)の位置のことです。だから問題のＸ線管の構造を知らないと、距離を正確に測ることすらできません。

●照射線量Xと吸収線量
　吸収線量は、Ｘ線のエネルギーと、被曝する人体組織の組成に依存します。
　しかし、ご質問の条件のようにＸ線のエネルギーが低いと皮膚や脂肪や筋肉でほぼ100％吸収される。そうすると、これまたおおざっぱですけど1[R]の照射によって大体0.01 [Gy]ぐらいの吸収が生じると考えて良い。つまり、
（４）　吸収線量[Gy] ≒0.01 ×照射線量[R]
です。

●そうすると、50cmの距離において
（＊）　等価線量[Sv] ≒1[Sv/Gy] × 0.01 × 照射線量[R]
　　　　　　　～　0.01 × Ｘ線管電流[A(アンペア)] × Ｘ線照射時間[s(秒)] ／ (距離[m])^2
ということになる。（～は、大体こんなもの、の意味です）
念を押します。これは凄くいい加減な見積りです。１桁ぐらい違っていても全然おかしくない。ホントは測らなくちゃダメなんですよ。

●計算間違いは毎度の事ですので、チェック宜しく。

お礼

本当に本当にありがとうございます。正直質問の内容が良くないということで御回答いただけないかもしれないと思っていました。心から感謝いたします。とてもうれしいです。見た目におおがかりな装置に見え、とても強力なＸ線で人体に影響するのでは・・・という不安もありましたが、気持ちが楽になりました。被曝についての講習を受けたばかりということもあり、その不安はとても大きかったです。確か0.3Ａくらいの電流が最大の装置だったと思います。ところで少し疑問が残ってしまいました。４０ＫＶで０．３Ａの装置使用において短時間でＸ線フィルムがしっかりと感光するのですが、ブラウン管の出すエネルギーと同じなのですか？ということはブラウン管の前にフィルムを置いておいたら感光してしまうということですか？？？そう考えると４０ＫＶ、０．３Ａの装置から発生するＸ線の方がかなり強力な気がするのですが・・・・・ぜひお教え願います。よろしくお願い致します。

回答No.3

stomachman

モノクロテレビは10kVぐらいで、これはブラウン管のガラスで十分減弱されます。カラーテレビの場合には、ブラウン管自体のガラスの他に、もう一枚か二枚、ガラスが入れてありますよね。これで十分。
つまり40kVてのはもう、簡単に吸収されちゃうんです。だから皮膚や角膜の被曝が問題になる。深部に到達することはありません。

回答No.1

u13

線量を計算で求めることはできると思いますが、少なくともある場所での線量を知ろうと思うと電圧、照射時間、距離に加えて使った電子の数（電流？）、電子→Ｘ線の変換効率、コリメーションしていると思うのでそこでＸ線を失う割合、などが分からないと概算の数字も出ないと思われます。

ネガティブなアドバイスで申し訳ありません。

お礼

早速の御回答本当にありがとうございます。ネガティブなアドバイスだなんてとんでもございません。ごもっともな御意見です。実は自分で質問しておきながら電流もわからなきゃいけないのでは？と感じておりました。調べたところ０．３Ａくらいでした。専門ではないのでよく分からないのですが、４０ＫＶ、０．３ＡのＸ線装置というのは強力な装置に分類されるものなのでしょうか？