Energiedosis: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 11. März 2021, 19:36 Uhr

Name

Energiedosis

spezifische Energie

$$ D $$

Größen- und Einheitensystem	Einheit	Dimension
SI	Gy	L²·T⁻²

Die Energiedosis $$ D $$ ist eine physikalische Größe, welche die mittlere Energie $$ E $$ angibt, die von ionisierender Strahlung an Materie der Masse $$ m $$ abgegeben wird. Sie ist Grundlage der Dosimetrie bei der Anwendung ionisierender Strahlen sowie im Strahlenschutz. Im Strahlenschutz ist die Energiedosis die Basisgröße zur Bestimmung der Äquivalentdosis.

Berechnung der Energiedosis

Bei gegebener Dichte $\rho$ des Materials und der an die Masse $\mathrm {d} m$ im Volumenelement $\mathrm {d} V$ abgegebenen Energie $\mathrm {d} E$ errechnet sich die Energiedosis zu

D\ =\ {\frac {\mathrm {d} E}{\mathrm {d} m}}\ =\ {\frac {1}{\rho }}\ {\frac {\mathrm {d} E}{\mathrm {d} V}}

Zur Bewertung von Energiedosen muss das betroffene Material bekannt sein. Die Materialabhängigkeit der Energiedosis beruht insbesondere auf den verschiedenen Ionisierungsenergien der Atome und Moleküle.

Einheit

Die SI-Einheit der Energiedosis ist das Gray (Gy).

\mathrm {1\,Gy=1\,{\frac {J}{kg}}}

Veraltet ist die Einheit Rad (rd). Diese Bezeichnung steht für „radiation absorbed dose“.

Messung der Energiedosis

Die Energiedosis wird bestimmt mittels Detektoren, die auf energieabhängige physikalische Strahlenwirkungen im bestrahlten Material ansprechen, wie Wärmeentwicklung, Ionisierung oder die kinetische Energie erzeugter geladener Teilchen. Eingesetzt werden z. B. Kalorimeter, Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren.

Energiedosen bei der Anwendung ionisierender Strahlen

Eine wichtige Anwendung ionisierender Strahlen ist die Strahlentherapie. Dabei werden Energiedosen bis zu 80 Gy als Herddosis verabreicht. Ein so hoher Wert kann nur durch Verteilung dieser Gesamtdosis auf tägliche kleine Einzeldosen von 1,8–2,5 Gy (Fraktionierung) erreicht werden.

Bei der Lebensmittelbestrahlung zur Verringerung der Keimbelastung werden Energiedosen von bis zu mehreren kGy verabreicht^[1].

Energiedosis als Basisgröße im Strahlenschutz

Im Strahlenschutz ist die Energiedosis Grundlage für die Äquivalentdosis in Form von Dosismessgrößen und den nicht messbaren Körperdosen. Der Zusammenhang wird durch Qualitätsfaktoren bzw. Wichtungsfaktoren ausgedrückt. Eine Rolle spielt dabei auch die beteiligte Strahlenart, von der die Qualitäts- bzw. Wichtungsfaktoren abhängen. In die Berechnung von Dosismessgrößen und Körperdosen gehen daher die Energiedosen nach der Strahlenart getrennt ein ( $D_{R}$ bzw. $D_{T,R}$ ). Der Index $$ R $$ steht für „Radiation“, $$ T $$ für „Tissue“ (in der Regel der Mittelwert über ein ganzes Organ). Vergleiche die Abbildung im Artikel Äquivalentdosis.

Detektoren für die Energiedosis werden entsprechend den zu ermittelnden Dosismessgrößen der Äquivalentdosis kalibriert. Die Materialabhängigkeit der Energiedosis wird dabei nach Maßgabe der ICRU durch Phantome berücksichtigt, die wie biologisches Weichteilgewebe die Strahlung absorbieren und streuen.

Erst sehr hohe Strahlenexpositionen mit Energiedosen über 1 Gy, wo deterministische Strahlenwirkungen maßgebend sind, werden im Strahlenschutz durch Energiedosen anstelle von Äquivalentdosen beschrieben.

Energiedosisleistung

Die Energiedosisleistung drückt die zeitliche Änderung der Energiedosis aus.

{\dot {D}}\ =\ {\frac {\mathrm {d} D}{\mathrm {d} t}}

Die SI-Einheit ist Watt/kg.

Im praktischen Strahlenschutz wird die Energiedosisleistung kaum verwendet. Für externe Strahlenexpositionen wird als Dosisleistung stattdessen die Ortsdosisleistung, eine Dosismessgröße der Äquivalentdosis, verwendet.

Siehe auch

Quellen

International Commission on Radiological Protection (ICRP): The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103, 2007, deutsche Ausgabe herausgegeben vom Bundesamt für Strahlenschutz, Abschnitt 4 Im Strahlenschutz verwendete Größen, ICRP Publication 103, (PDF-Dokument, 2,2 MB)
ICRP: Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures, ICRP Publication 116, 2010, (PDF-Dokument, 13 MB).
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, "Neue Dosis-Meßgrößen im Strahlenschutz", PTB-Bericht-Dos-23, Braunschweig, Juli 1994, pdf-Download, 977 kB

Einzelnachweise

↑ Ernährungs Umschau Nr. 6, B13, Juni 2007, download

[1] Ernährungs Umschau Nr. 6, B13, Juni 2007, download

[1]

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-Die '''Energiedosis''' <math>D</math> ist eine [[physikalische Größe]] und gibt die mittlere, von [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] an einen spezifischen [[Absorption (Physik)|Absorber]] mit der Dichte <math>\rho</math>, abgegebene Energie <math>\mathrm{d}E</math> bezogen auf die Masse <math>\mathrm{d}m</math> des bestrahlten Volumenelements <math>\mathrm{d}V</math> an.
+Die '''Energiedosis''' <math>D</math> ist eine [[physikalische Größe]], welche die mittlere Energie <math>E</math> angibt, die von [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] an Materie der Masse <math>m</math> abgegeben wird. Sie ist Grundlage der [[Dosimetrie]] bei der Anwendung ionisierender Strahlen sowie im Strahlenschutz. Im Strahlenschutz ist die Energiedosis die Basisgröße zur Bestimmung der [[Äquivalentdosis]].
-<math>D\ =\ \frac{\mathrm{d} E}{\mathrm{d} m}\ =\ \frac{1}{\rho}\  \frac{\mathrm{d} E}{\mathrm{d} V}</math>
+== Berechnung der Energiedosis ==
+Bei gegebener Dichte <math>\rho</math> des Materials und der an die Masse <math>\mathrm{d}m</math> im Volumenelement <math>\mathrm{d}V</math> abgegebenen Energie <math>\mathrm{d}E</math> errechnet sich die Energiedosis zu
-Das Absorbermaterial muss daher bei Bestimmung und Angabe von Energiedosen beachtet werden.
+:<math>D\ =\ \frac{\mathrm{d} E}{\mathrm{d} m}\ =\ \frac{1}{\rho}\ \frac{\mathrm{d} E}{\mathrm{d} V}</math>
-Dies hat den Grund darin, dass die [[Ionisierungsenergie]]n für unterschiedliche Atome beziehungsweise Moleküle variieren.
-== Bestimmung ==
+Zur Bewertung von Energiedosen muss das betroffene Material bekannt sein. Die Materialabhängigkeit der Energiedosis beruht insbesondere auf den verschiedenen [[Ionisierungsenergie]]n der Atome und Moleküle.
-Die Energiedosis wird aus praktischen Gründen nicht direkt gemessen, sondern über die Größen [[Ionendosis]] oder [[Kerma (Physik)|Kerma]] bestimmt.
+== Einheit ==
+Die [[SI-Einheitensystem|SI-Einheit]] der Energiedosis ist das [[Gray]] (Gy).
-Aus der gemessenen Ionendosis kann man leicht die entsprechende Energiedosis in Luft ableiten. Da zur Bildung eines Ionenpaares in Luft im Mittel die Energie 34 [[Elektronvolt|eV]] nötig ist, muss in Luft für die Erzeugung der Ladungsmenge 1 [[Coulomb]] in Form von freien Ionen die Energie (33,97 ± 0,05) [[Joule|J]]<ref>{{Literatur
+:<math>\mathrm{1\, Gy = 1\,\frac{J}{kg}}</math>
-| Autor=M. Boutillon, A.-M. Perroche-Roux
-| Titel=Re-evaluation of the W value for electrons in dry air
-| Sammelwerk=[[Physics in Medicine and Biology]]
-| Band=32
-| Nummer=2
-| Datum=1987-02-01
-| Seiten=213–219
-| DOI=10.1088/0031-9155/32/2/005
-}}</ref> aufgebracht werden. Damit entspricht einer Ionendosis von <math>\mathrm{1\, \frac{C}{kg}}</math> ungefähr eine Energiedosis von <math>\mathrm{34\, \frac{J}{kg}}</math>. Es gilt die Beziehung:
-:<math>D = f \cdot J</math>
+Veraltet ist die Einheit [[Rad (Einheit)|Rad]] (''rd''). Diese Bezeichnung steht für „radiation absorbed dose“.
-mit ''f'' [[Gleichheitszeichen#Das_Gleichheitszeichen_und_seine_Abwandlungen|:=]] [[Korrekturfaktor]], zur Bestimmung von Energiedosen in unterschiedlichen Absorptionsmaterialien.
+== Messung der Energiedosis ==
+Die Energiedosis wird bestimmt mittels Detektoren, die auf energieabhängige physikalische Strahlenwirkungen im bestrahlten Material ansprechen, wie Wärmeentwicklung, Ionisierung oder die kinetische Energie erzeugter geladener Teilchen. Eingesetzt werden z.&nbsp;B. Kalorimeter, Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren.
-== Einheiten ==
+== Energiedosen bei der Anwendung ionisierender Strahlen ==
-Die [[SI-Einheitensystem|SI-Einheit]] der Energiedosis ist das [[Gray]].
+Eine wichtige Anwendung ionisierender Strahlen ist die [[Strahlentherapie]]. Dabei werden Energiedosen bis zu 80&nbsp;Gy als Herddosis verabreicht. Ein so hoher Wert kann nur durch Verteilung dieser Gesamtdosis auf tägliche kleine Einzeldosen von 1,8–2,5&nbsp;Gy (Fraktionierung) erreicht werden.
-<math>\mathrm{1\, Gy = 1\,\frac{J}{kg}}</math>
+Bei der [[Lebensmittelbestrahlung]] zur Verringerung der Keimbelastung werden Energiedosen von bis zu mehreren kGy verabreicht<ref>Ernährungs Umschau Nr. 6, B13, Juni 2007, [https://www.ernaehrungs-umschau.de/fileadmin/Ernaehrungs-Umschau/pdfs/pdf_2007/06_07/EU06_B13_B16.qxd.pdf download]</ref>.
-Veraltet ist die Einheit [[Rad (Einheit)|Rad]] (''rd'').
+== Energiedosis als Basisgröße im Strahlenschutz ==
+Im Strahlenschutz ist die Energiedosis Grundlage für die [[Äquivalentdosis]] in Form von ''Dosismessgrößen'' und den nicht messbaren ''Körperdosen''. Der Zusammenhang wird durch Qualitätsfaktoren bzw. Wichtungsfaktoren ausgedrückt. Eine Rolle spielt dabei auch die beteiligte Strahlenart, von der die Qualitäts- bzw. Wichtungsfaktoren abhängen. In die Berechnung von Dosismessgrößen und Körperdosen gehen daher die Energiedosen nach der Strahlenart getrennt ein (<math>D_R</math> bzw. <math>D_{T,R}</math>). Der Index <math>R</math> steht für „Radiation“, <math>T</math> für „Tissue“ (in der Regel der Mittelwert über ein ganzes Organ). Vergleiche die Abbildung im Artikel [[Äquivalentdosis]].
+Detektoren für die Energiedosis werden entsprechend den zu ermittelnden Dosismessgrößen der Äquivalentdosis kalibriert. Die Materialabhängigkeit der Energiedosis wird dabei nach Maßgabe der [[ICRU]] durch Phantome berücksichtigt, die wie biologisches Weichteilgewebe die Strahlung absorbieren und streuen.
+Erst sehr hohe Strahlenexpositionen mit Energiedosen über 1&nbsp;Gy, wo deterministische Strahlenwirkungen maßgebend sind, werden im Strahlenschutz durch Energiedosen anstelle von Äquivalentdosen beschrieben.
 == Energiedosisleistung ==
+Die Energiedosisleistung drückt die zeitliche Änderung der Energiedosis aus.
-<math>\dot D\ =\ \frac{\mathrm{d} D}{\mathrm{d} t}\ </math>
+:<math>\dot D\ =\ \frac{\mathrm{d} D}{\mathrm{d} t}</math>
 Die [[SI-Einheitensystem|SI-Einheit]] ist [[Watt (Einheit)|Watt]]/[[Kilogramm|kg]].
-Der physikalisch korrekte Ausdruck ''[[Leistung (Physik)|Leistung]]sdosis'' ist nicht gebräuchlich.
+Im praktischen Strahlenschutz wird die Energiedosisleistung kaum verwendet. Für externe Strahlenexpositionen wird als Dosisleistung stattdessen die ''Ortsdosisleistung'', eine Dosismessgröße der Äquivalentdosis, verwendet.
 == Siehe auch ==
 *[[Strahlendosis]]
 *[[Äquivalentdosis]]
+*[[Ionendosis]]
+== Quellen ==
+*International Commission on Radiological Protection (ICRP): ''The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection'', ICRP Publication 103, 2007, deutsche Ausgabe herausgegeben vom Bundesamt für Strahlenschutz, Abschnitt 4 ''Im Strahlenschutz verwendete Größen'', [http://doris.bfs.de/jspui/bitstream/urn:nbn:de:0221-2009082154/1/BfS_2009_BfS-SCHR-47-09.pdf ICRP Publication 103], (PDF-Dokument, 2,2 MB)
+*ICRP: ''Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures'', ICRP Publication 116, 2010, ([https://www.icrp.org/publication.asp?id=ICRP%20Publication%20116 PDF-Dokument], 13 MB).
+*Physikalisch-Technische Bundesanstalt, "Neue Dosis-Meßgrößen im Strahlenschutz", PTB-Bericht-Dos-23, Braunschweig, Juli 1994, pdf-[https://oar.ptb.de/files/download/5e9997514c93907eb80048d1 Download], 977 kB
 == Einzelnachweise ==