Äquivalentdosis

Symbolisiert durch ${\displaystyle H_{R}}$ ist die Äquivalentdosis einer Strahlenart eine Dosismessgröße zur Orts- und Personendosisüberwachung bei äußerer Strahlenexposition (vgl. deutsche Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)[1]). Zu ihrer Ermittlung wird als Wichtungsfaktor der Qualitätsfaktor ${\displaystyle Q_{R}}$ der Strahlenart ${\displaystyle R}$ verwendet. Er ist von der ICRU für ein standardisiertes Weichteilgewebe definiert. Die Werte können der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)entnommen werden.[2]

Rechnerisch ergibt sich die Äquivalentdosis ${\displaystyle H_{R}}$ (in Sv) für eine Strahlenart ${\displaystyle R}$ durch Multiplikation der Energiedosis ${\displaystyle D_{R}}$ (in Gy) mit dem Qualitätsfaktor ${\displaystyle Q_{R}}$.

${\displaystyle H_{R}=Q_{R}\cdot D_{R}}$

Wirken mehr als eine Strahlenart ${\displaystyle R}$ mit jeweils unterschiedlichen Energiedosen ${\displaystyle D_{R}}$ und Qualitätsfaktoren ${\displaystyle Q_{R}}$ zusammen, so addieren sich die jeweiligen Äquivalentdosen.

${\displaystyle H_{\text{gesamt}}=\sum _{R}H_{R}}$

Wichtige Ausprägungen der Äquivalentdosis ${\displaystyle H_{R}}$ als Dosismessgröße sind die

• Ortsdosis. Die Ortsdosis wird insbesondere zur Abgrenzung von Strahlenschutzbereichen und zur Festlegung von Schutzmaßnahmen ermittelt. Gemessen wird für solche Zwecke meist die Ortsdosisleistung, welche die Zunahme der Ortsdosis pro Zeitspanne ausdrückt, angegeben meist in Mikrosievert pro Stunde (µSv/h).
• Personendosis. Die Personendosis ist eine Dosismessgröße, die an der Tragestelle des Dosimeters gemessen wird. Sie ist keine Körperdosis, dient jedoch gemäß § 65 StrlSchV grundsätzlich der Überwachung, ob festgelegte Grenzwerte für Körperdosen bei strahlenexponierten Personen eingehalten werden.

Die weitergehende Differenzierung dieser beiden Dosismessgrößen wird durch die Verfahren charakterisiert, die der Kalibrierung entsprechender Messgeräte bzw. Dosimeter zugrunde liegen. Bestimmend sind dabei die standardisierten Tiefen ${\displaystyle d}$ der jeweiligen Messpunkte in Phantomen (u. a. die „ICRU-Kugel“), wo die von der Strahlung erzeugte Energiedosis gemessen wird. Der Vielfalt von Anwendungen in der Strahlenschutzpraxis angemessen erhält man

• für die Ortsdosis als weitergehende Dosismessgröße die sehr häufig verwendete Umgebungs-Äquivalentdosis ${\displaystyle H^{*}(10)}$. Bei ihr liegt der Messpunkt in der ICRU-Kugel in einer Tiefe von 10 mm. Weitere Dosismessgrößen der Ortsdosis sind Richtungs-Äquivalentdosen, die auf bestimmte Raumrichtungen festgelegt werden.
• für die Personendosis die häufig verwendete Tiefen-Personendosis ${\displaystyle H_{p}(10)}$, deren Messpunkt in der ICRU-Kugel ebenfalls in einer Tiefe in 10 mm liegt, sowie die Oberflächen-Personendosis ${\displaystyle H_{p}(0,07)}$ und die Augenlinsen-Personendosis ${\displaystyle H_{p}(3)}$ mit Messpunkten in 0,07 bzw. 3 mm Tiefe.

Körperdosen sind bei äußerer Bestrahlung die Organ-Äquivalentdosis ${\displaystyle H_{T}}$ und die effektive Dosis ${\displaystyle E}$.

Die Organ-Äquivalentdosis bezieht sich auf die über ein Organ oder Gewebe ${\displaystyle T}$ gemittelte Energiedosis ${\displaystyle D_{T}}$ der Strahlenart ${\displaystyle R}$, gewichtet mit dem Strahlungs-Wichtungsfaktor ${\displaystyle w_{R}}$. Dessen Werte können der StrlSchV entnommen werden.[3]

${\displaystyle H_{T}=w_{R}\cdot D_{T,R}}$

Wirken Strahlenarten ${\displaystyle R}$ mit unterschiedlichen Werten für ${\displaystyle w_{R}}$ und Energiedosen ${\displaystyle D_{T,R}}$ auf das Organ ${\displaystyle T}$ ein, so addieren sich die diesbezüglichen Äquivalentdosen.

${\displaystyle H_{T}=\sum _{R}w_{R}\cdot D_{T,R}}$

Die effektive Dosis ${\displaystyle E}$ ist die gewichtete Aufsummierung der Organ-Äquivalentdosen ${\displaystyle H_{T}}$ der betroffenen Organe ${\displaystyle T}$. Dabei werden organabhängige Wichtungsfaktoren ${\displaystyle w_{T}}$ verwendet, welche die relative Strahlenempfindlichkeit der Organe untereinander bzgl. stochastischer Schäden ausdrücken. Sie dürfen nicht mit den vorgenannten Faktoren ${\displaystyle Q_{R}}$ und ${\displaystyle w_{R}}$ verwechselt werden. Ihre Werte können der StrlSchV entnommen werden.[4]

${\displaystyle E=\sum _{T}w_{T}\cdot H_{T}}$

Die Ableitung von Körperdosen aus den Dosismessgrößen ist eine der maßgebenden Aufgaben im Strahlenschutz. Sie ist aber auf die äußere Strahlenexposition begrenzt, insbesondere auf die

• Tiefen-Personendosis ${\displaystyle H_{p}(10)}$. Bei durchdringender Strahlung kann sie in vielen Fällen mit hinreichender Genauigkeit der Körperdosis gleichgesetzt werden, insbesondere bei Photonenstrahlung (gleichbedeutend mit ${\displaystyle Q_{R}=w_{R}=1}$). Bei niedriger Dosis und einem weitgehend homogenen Strahlenfeld entspricht sie mit hinreichender Genauigkeit der effektiven Dosis. Voraussetzung ist eine möglichst homogene Ganzkörperexposition.
• Oberflächen-Personendosis ${\displaystyle H_{p}(0{,}07)}$. Sie kann im Rahmen der Haut-, Hand- und Fußdosimetrie direkt der maßgebenden Körperdosis gleichgesetzt werden.

Unter weniger günstigen Voraussetzungen müssen bei externer Strahlenexposition aus den Daten der Strahlenfelder in Verbindung mit geeigneten rechnergestützten Modellen und anthropomorphen Phantomen angepasste Konversionskoeffizienten entwickelt werden, mit denen Körperdosen aus Messgrößen abgeschätzt werden können.

Digitales Messgeärt für die Messung der Ortsdosisleistung.

Die Ortsdosisleistung kann besonders einfach und schnell gemessen werden. In Berichten über Strahlenexpositionen wird sie daher oft an erster Stelle genannt. Folgende Tabelle soll eine Orientierungshilfe für die Bewertung solcher Angaben geben. Voraussetzung ist ein ausgedehntes homogenes und zeitlich konstantes Strahlungsfeld. Weitere Strahlenexpositionen, z. B. durch Inkorporation, sind zusätzlich zu berücksichtigen.

• Durch die „zivilisatorische Strahlenexposition“, vor allem durch medizinische Anwendungen, erhält eine in Deutschland lebende Person eine mittlere effektive Dosis von 1,7 mSv pro Jahr.[10]
• Bei einer Röntgenaufnahme des Thorax (p.a.-Aufnahme) erhält der Patient eine effektive Dosis von etwa 0,018 mSv, bei einer CT-Untersuchung des Thorax etwa 5,1 mSv.[11]
• Bei einem radiologischen Notfall soll in Deutschland gemäß § 93 StrlSchG ein Referenzwert von 100 mSv für die effektive Dosis im ersten Jahr nach Eintritt unterschritten werden. Der Notfalldosiswert gemäß § 4 NDWV, der als Kriterium für die Angemessenheit einer Evakuierung dient, beträgt 100 mSv effektive Dosis in sieben Tagen für eine gedachte Bezugsperson, die sich ständig ungeschützt im Freien aufhält. Einzelheiten dazu siehe den Artikel Radiologischer Notfall.
• Für Einsatzkräfte gilt ein Grenzwert von 250 mSv je Einsatz und Leben, wenn es um die Rettung von Menschenleben, Vermeidung schwerer strahlungsbedingter Gesundheitsschäden oder Vermeidung bzw. Bekämpfung einer Katastrophe geht. Zum Schutz von Menschenleben oder der Gesundheit sind es 100 mSv je Einsatz und Kalenderjahr, zum Schutz von Sachwerten und der Umwelt sind es 20 mSv je Einsatz und Kalenderjahr.[9]
• Klinische Symptome der Strahlenkrankheit treten bei einer kurzzeitigen Ganzkörper- oder großvolumigen Teilkörperbestrahlung im Dosisbereich oberhalb von 1 Gy auf.

Eine umfassende Zusammenstellung von Körperdosen, die mit radiologischen Untersuchungen verbunden sind, enthält die Veröffentlichung der SSK „Orientierungshilfe für bildgebende Untersuchungen“.[11]