รังสี

ปริมาณและหน่วยวัดรังสี

รังสีไอออไนซ์คืออะไร?

รังสีไอออไนซ์ (ionizing radiation) คือ รังสีที่มีพลังงานสูงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม หรือโมเลกุล (กลุ่มของอะตอม) เมื่อรังสีนั้นชนกับอะตอมหรือเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในวัตถุ อะตอม หรือโมเลกุลจะมีประจุบวกเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ การสูญเสียอิเล็กตรอนหรือได้รับเพิ่มขึ้น เรียกว่า การไอออไนซ์ (ionization) ส่วนอะตอมที่มีประจุบวก เรียกว่าไอออน (ion)

ตัวอย่างของรังสีไอออไนซ์ มีอะไรบ้าง?

รังสีไอออไนซ์ ได้แก่ :

  • รังสีแกมมา (Gamma rays)
  • รังสีเอกซ์ (X rays)
  • รังสีอัลฟา (Alpha particles)
  • รังสีบีตา (Beta particles)
  • รังสีนิวตรอน (Neutrons)
รังสีเอกซ์เป็นรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เกิดจากการยิงลำอิเล็กตรอนเช้าชนแท่งโลหะในหลอดสุญญากาศ รังสีเอกซ์มีความถี่สูงมาก อยู่ในช่วง 0.3 – 30 Ehz (exahertz หรือ ล้าน gigahertz) เมื่อเทียบกับคลื่นวิทยุที่มีความถี่อยู่ในช่วงประมาณ 100 MHz (megahertz) หรือ 0.1 Ghz (gigahertz).

สารประกอบบางชนิด เช่น ยูเรเนียม มีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งจะให้รังสีออกมาจากการแตกตัวหรือสลายตัว รังสีที่ให้ออกมาจากวัสดุกัมมันตรังสี มี 3 ชนิด ได้แก่ รังสีอัลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา

คุณสมบัติที่ต้องพิจารณาในการวัดรังสีมีอะไรบ้าง?

การวัดรังสีไอออไนซ์ จะทำการวัดในรูปของ :

  • ความแรงรังสี (strength) หรือกัมมันตภาพรังสี (radioactivity) ของต้นกำเนิดรังสี
  • พลังงานของรังสี
  • ระดับของรังสีในสิ่งแวดล้อม
  • ปริมาณรังสี (radiation dose) หรือ พลังงานของรังสีที่ร่างกายดูดกลืนไว้
ในกรณีของผู้ที่ทำงานทางด้านรังสี การวัดปริมาณรังสีที่ได้รับจะมีความสำคัญที่สุด โดยผู้ที่ปฏิบัติงานทางด้านรังสี (Occupational exposure limits) จะมีขีดจำกัดปริมาณรังสีที่ได้รับ อยู่ในรูปของปริมาณสูงสุดที่ให้รับได้ (permitted maximum dose) ความเสี่ยงในการที่รังสีจะเหนี่ยวนำให้เกิดโรค จะขึ้นกับปริมาณรังสีทั้งหมดที่บุคคลนั้นได้รับ

การวัดกัมมันตภาพรังสีใช้หน่วยอะไร?

กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) หรือ ความแรงของต้นกำเนิดรังสี จะวัดออกมาในหน่วย เบคเคอเรล (becquerel) หรือ Bq

1 Bq = การให้รังสีออกมา 1 ครั้งต่อวินาที

กัมมันตภาพรังสี 1 เบคเคอเรล มีค่าน้อยมาก โดยทั่วไปจะใช้หน่วยที่เป็นจำนวนหลายเท่าของเบคเคอเรล เช่น kBq (kilobecquerel), MBq (megabecquerel) และ GBq (gigabecquerel)

1 kBq = 1000 Bq, 1 MBq = 1000 kBq, 1 GBq = 1000 MBq

หน่วยเก่าที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน คือ คูรี (curie) หรือ Ci

1 Ci = 37 GBq = 37000 MBq

กัมมันตภาพรังสี 1 คูรี มีค่าสูงมาก โดยทั่วไปจะใช้หน่วยย่อยของคูรี เช่น mCi (millicurie), ?Ci (microcurie), nCi (nanocurie) และ pCi (picocurie)

1 Ci = 1000 mCi; 1 mCi = 1000 ?Ci; 1 ?Ci = 1000 nCi; 1 nCi = 1000 pCi

ค่าเทียบเท่าในการแปลงหน่วยขนาดเล็ก คือ :

1 Bq = 27 pCi

Becquerel (Bq) หรือ Curie (Ci) เป็นหน่วยวัดอัตราการคายรังสีออกมาจากต้นกำเนิดรังสี ไม่ใช่หน่วยวัดของพลังงาน

ครึ่งชีวิตของกัมมันตภาพรังสีคืออะไร?

ความเข้มของรังสีที่ออกมาจากต้นกำเนิดรังสี จะลดลงตามเวลา โดยมีอะตอมที่มีกัมมันตภาพรังสีสลายตัวไปเป็นอะตอมที่เสถียรตลอดเวลา ครึ่งชีวิต (half-life) เป็นช่วงเวลาที่ความเข้มของรังสีลดลงครึ่งหนึ่ง ซึ่งเกิดจากอะตอมที่มีกัมมันตภาพรังสีสลายตัวไปแล้วครึ่งหนึ่งในช่วงเวลานั้น ตัวอย่างเช่น ต้นกำเนิดที่มีกัมมันตภาพรังสี 50 Bq จะมีกัมมันตภาพรังสีลดลงเหลือ 25 Bq เมื่อเวลาผ่านไปเท่ากับครึ่งชีวิต

ตารางที่ 1 การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Decay)

เวลาที่ผ่านไป (จำนวนครึ่งชีวิต)
ร้อยละของกัมมันตภาพรังสีที่เหลืออยู่
0
1
2
3
4
5
100
50
25
12.5
6.25
3.125

ครึ่งชีวิตของวัสดุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน โดยมีค่าตั้งแต่เศษของวินาทีไปจนถึงเป็นล้านปี
พลังงานของรังสีในหน่วยวัดอะไร?

พลังงาน (energy) ของรังสี ใช้หน่วยวัดเป็น อิเล็กตรอนโวลต์ (electronvolts) หรือ eV พลังงาน 1 eV มีค่าน้อยมาก โดยทั่วไปจะใช้หน่วยเป็นจำนวนเท่าของ eV ได้แก่ kiloelectron (keV) และ megaelectronvolt (MeV)

1 keV = 1000 eV, 1 MeV = 1000 keV
6,200 billion MeV = 1 joule
1 joule per second = 1 watt

Watt เป็นหน่วยของกำลัง ซึ่งเป็นหน่วยเทียบเท่าของพลังงานต่อเวลา หรืองานต่อเวลา
การฉายรังสี (radiation exposure) มีหน่วยวัดเป็นอะไร ?

การฉายรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา มักใช้หน่วยวัดเป็นเรินเกนท์ (roentgen) หรือ R ซึ่งแสดงถึงปริมาณการเกิดการไอออไนซ์ในอากาศ การฉายรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา 1 เรินเกนท์ จะทำให้เนื้อเยื่อได้รับรังสีประมาณ 1 rad (0.01 gray)

การวัดความเข้มของรังสีแกมมาในอากาศ เรียกว่า air dose หรือ absorbed dose rate in the air มีหน่วยเป็น เกรย์ต่อชั่วโมง (grays per hour) หรือ Gy/h ซึ่งเป็นหน่วยที่ใช้แสดงความเข้มของรังสีแกมมาในอากาศ ซึ่งเป็นรังสีจากวัสดุกัมมันตรังสีที่มาจากพื้นโลกหรือในอากาศ

ปริมาณรังสีที่ได้รับ (radiation dose) มีหน่วยวัดเป็นอะไร?

เมื่อรังสีเกิดปฏิกิริยากับร่างกาย จะถ่ายเทพลังงานให้กับเนื้อเยื่อของร่างกาย ปริมาณของพลังงานต่อน้ำหนักที่อวัยวะหรือเนื้อเยื่อของร่างกายดูดกลืนไว้ เรียกว่า absorbed dose มีหน่วยเป็น gray (Gy) ปริมาณรังสี (dose) 1 gray เทียบเท่ากับพลังงานของรังสี 1 จูล (joule) ที่อวัยวะหรือเนื้อเยื่อของร่างกายน้ำหนัก 1 กิโลกรัมดูดกลืนเอาไว้ หน่วยวัด rad เป็นหน่วยเก่าของ absorbed dose ที่ยังคงมีการใช้อยู่ โดยปริมาณรังสีที่ได้รับ 1 เกรย์ (gray) เทียบเท่ากับ 100 rads

1 Gy = 100 rads

การได้รับรังสีแต่ละชนิดในปริมาณที่เท่ากันจะมีอันตรายไม่เท่ากัน รังสีอัลฟาทำให้เกิดอันตรายมากกว่ารังสีบีตา รังสีแกมมา และรังสีเอกซ์ ที่มี absorbed dose เท่ากัน เพื่อให้เห็นความแตกต่างนี้ จึงแสดงปริมาณรังสีที่ได้รับเป็น equivalent dose และใช้หน่วยเป็น sievert (Sv) ปริมาณรังสีที่ได้รับ (dose) ในหน่วย Sv มีค่าเท่ากับ absorbed dose คูณด้วย radiation weighting factor (WR) ซึ่งเดิมเรียกว่า Quality Factor (QF)

ตารางที่ 2 Radiation Weighting Factors ของรังสีแต่ละชนิด
ชนิดของรังสีและพลังงาน
Radiation weighting factor, WR
  รังสีแกมมาและรังสีเอกซ์
รังสีบีตา
รังสีนิวตรอน, พลังงาน
1
1
  < 10 keV 5
> 10 keV to 100 keV 10
> 100 keV to 2 MeV 20
> 2 MeV to 20 MeV 10
> 20 MeV 5
5
10
20
10
5
  รังสีอัลฟา
20
การบอกปริมาณรังสี Equivalent dose มักจะเรียกสั้นๆ ว่า dose ซึ่งหน่วยเก่าของ dose equivalent หรือ dose คือหน่วย rem

Dose ในหน่วย Sv = Absorbed Dose ในหน่วย Gy x radiation weighting factor (WR)
Dose ในหน่วย rem = Dose ในหน่วย rad x QF
1 Sv = 100 rem
1 rem = 10 mSv (millisievert = 1/1000 ของ sievert)

1 Gy ของอากาศเทียบเท่ากับ 0.7 Sv ของ dose ของเนื้อเยื่อ
1 R (roentgen) exposure เทียบเท่ากับ 10 mSv ของ dose เนื้อเยื่อ

การได้รับปริมาณรังสีแต่ละระดับจะมีผลต่อคนเราอย่างไร?

ตามข้อแนะนำของ TLV ที่ให้ได้รับรังสีเฉลี่ย 0.05 Sv (50 mSv) ต่อปีนั้น ถือว่าปริมาณรังสี 1 Sv เป็นระดับที่สูงมาก

การได้รับรังสีปริมาณมากในครั้งเดียว (acute exposure) จะมีผลกระทบขึ้นกับปริมาณของรังสี ดังนี้

10 Sv – มีความเสี่ยงที่จะเสียชีวิตในเวลาเป็นวันหรือสัปดาห์
1 Sv – มีความเสี่ยงที่จะเป็นมะเร็งในภายหลัง (5 ใน 100)
100 mSv – มีความเสี่ยงที่จะเป็นมะเร็งในภายหลัง (5 ใน 1000)
50 mSv – ปริมาณรังสีที่ได้รับต่อปีของผู้ที่ปฏิบัติงานทางรังสีตาม TLV
20 mSv – ปริมาณรังสีที่ได้รับเฉลี่ยต่อปี หรือโดยเฉลี่ยในเวลา 5 ปี ตาม TLV

การได้รับรังสีมีการจำกัดปริมาณไว้อย่างไร?

ค่าจำกัดเริ่มต้น (Threshold Limit Values) หรือ TLV ซึ่งจัดพิมพ์โดย ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) และมีการนำไปใช้เป็นแนวทางในการกำหนดค่าจำกัดปริมาณรังสีที่ได้รับในการทำงาน ดังนี้

20 mSv – เป็นค่า TLV ของปริมาณรังสีที่ได้รับต่อปี โดยเฉลี่ยเป็นเวลา 5 ปี สำหรับผู้ที่ปฏิบัติงานด้านรังสี

1 mSv – เป็นค่าจำกัดปริมาณรังสีต่อปีที่บุคคลทั่วไปจะได้รับตาม ICRP (- International Commission on Radiological Protection).

หน่วยวัดรังสีตามมาตราเมตริก (SI) กับหน่วยวัดอื่นแตกต่างกันอย่างไร?

ตารางที่ 3 แสดงหน่วยวัด สัญลักษณ์และปริมาณเทียบเท่า (conversion factors) ของหน่วย SI (International System of Units หรือ Syst่me Internationale d'unit้s) กับหน่วยอื่น

ตารางที่ 3 หน่วยวัดของกัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) และปริมาณรังสีที่ได้รับ (Radiation Dose)
ปริมาณ
หน่วย SI และสัญลักษณ์
หน่วยอื่น
ค่าเทียบเท่า
Radioactivity
becquerel, Bq
curie, Ci
1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
= 37 Gigabecquerels (GBq)
1 Bq = 27 picocurie (pCi)
Absorbed dose
gray, Gy
rad
1 rad = 0.01 Gy
"Dose"
(Equivalent dose)
sievert, Sv
rem
1 rem = 0.01 Sv
1 rem = 10 mSv
ค่า "committed dose" คืออะไร?

เมื่อได้รับสารที่มีกัมมันตภาพรังสีเข้าไปในร่างกาย โดยการหายใจหรือการกิน จะมีปริมาณรังสีสะสมที่อวัยวะหรือเนื้อเยื่อตลอดเวลา ปริมาณรังสีสะสมทั้งหมดในช่วงเวลา 50 ปี หลังจากได้รับสารรังสี เรียกว่า committed dose ค่าของ committed dose จะขึ้นกับปริมาณสารกัมมันตรังสีที่ได้รับและช่วงเวลาที่สารรังสีอยู่ในร่างกาย

ค่า "effective dose" คืออะไร?

ค่า effective dose เป็นผลรวมของ weighted equivalent doses ในทุกอวัยวะหรือเนื้อเยื่อทุกส่วนของร่างกาย

Effective dose = ผลรวมของ [organ doses x tissue weighting factor]

Tissue weighting factors (ตารางที่ 4) แสดง relative sensitivity ของแต่ละอวัยวะในการเกิดโรคมะเร็ง

ตารางที่ 4 Tissue Weighting Factors ของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อของร่างกาย
เนื้อเยื่อหรืออวัยวะ
Tissue Weighting Factor (WT)
  Gonads (อัณฑะหรือรังไข่)
ไขกระดูก (Red bone marrow)
ลำไส้ (Colon)
ปอด (Lung)
กระเพาะ (Stomach)
กระเพาะปัสสาวะ (Bladder)
เต้านม (Breast)
ตับ (Liver)
หลอดลม (Oesophagus)
ต่อมไทรอยด์ (Thyroid gland)
ผิวหนัง (Skin)
กระดูก (Bone surfaces)
ส่วนอื่น (Remainder)**
ัทั่วร่างกาย (Whole body)
0.20
0.12
0.12
0.12
0.12
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.01
0.01
0.05
1.00

** ส่วนอื่น (remainder) ได้แก่ เนื้อเยื่อหรืออวัยวะอื่นๆ ดังนี้ ต่อม adrenal สมอง (brain), ลำไส้ใหญ่ส่วนต้น (upper large intestine), ลำไส้เล็ก (small intestine), ไต (kidney), กล้ามเนื้อ (muscle), ตับอ่อน (pancreas), ม้าม (spleen), ต่อม (thymus) มดลูก (uterus)

ค่า "working level" และ "working level month" คืออะไร?

ผู้ที่เข้าไปในเหมืองยูเรเนียมที่อยู่ใต้พื้นดิน หรือเหมืองอื่นๆ จะได้รับรังสีจากแก๊สเรดอนที่อยู่ในอากาศและไอโซโทปรังสีที่สลายตัวมาจากเรดอน เรียกว่า radon daughters หรือ radon progeny ซึ่งจะได้รับเข้าไปในร่างกายจากการหายใจ ปริมาณรังสีอัลฟาที่ปอดได้รับ ขึ้นกับความเข้มข้นของแก๊สเรดอนและ radon daughters ในอากาศ

ความเข้มข้นของแก๊สเรดอน วัดค่าออกมาในหน่วยของกัมมันตภาพรังสีต่อปริมาตรอากาศ ซึ่งใช้หน่วยpicocuries per litre (pCi/L) หรือ becquerels per cubic metre (Bq/m3) ความเข้มข้นของ radon daughters มีหน่วยวัดเป็น working level (WL) ซึ่งเป็นการวัดความเข้มข้นของรังสีอัลฟาต่อปริมาตรของอากาศ

ปริมาณรังสีที่คนงานได้รับจาก radon daughters แสดงด้วยหน่วยวัดเป็น Working Level Months (WLM) หนึ่ง WLM เทียบเท่ากับ 1 WL ได้รับรังสีเป็นเวลา 170 ชั่วโมง

1 WL = 130,000 MeV alpha energy per litre air

= 20.8 mJ (microjoules) alpha energy per cubic meter (m3) air

WLM = Working Level Month

= 1 WL ได้รับรังสีเป็นเวลา 170 hours

คนส่วนใหญ่จะใช้ความเข้มข้นของแก๊สเรดอนในอากาศ (pCi/L) ในการประมาณค่าของระดับ WL ของ radon daughters ซึ่งจะมี error เนื่องจากสัดส่วนของแก๊สเรดอนกับ radon daughters นั้นไม่คงที่

ค่า Equilibrium factor เป็นสัดส่วนของกัมมันตภาพรังสีของ radon daughters อายุสั้นทั้งหมด ต่อกัมมันตภาพรังสีของแก๊สเรดอน Equilibrium factor จะเป็น 1 ถ้าทั้งสองงค่านี้เท่ากัน แต่กัมมันตภาพรังสีของ Radon daughter มักจะต่ำกว่ากัมมันตภาพรังสีของเรดอน ทำให้ค่า equilibrium factor น้อยกว่า 1

Conversion ของ radon exposure units (equilibrium factor = 0.40)

1 WLM = 3.54 mJ-h/m3
1 MBq-h/m3 = 2.22 mJ-h/m3
1 MBq-h/m3 = 0.628 WLM

รังสีที่ได้รับต่อปี (annual exposure) วัดจากความเข้มข้นของแก๊สเรดอน

(A) ภายในบ้าน : ประเมินจากการอยู่ภายในบ้านเป็นเวลา 7,000 ชั่วโมงต่อปี

1 Bq/m3 = 0.0156 mJ-h/m3

1 Bq/m3 = 0.0044 WLM

1 WLM = 4 mSv

1 mJ-h/m3 = 1.1 mSv

(B) ที่ทำงาน : ประเมินจากการอยู่ในที่ทำงานเป็นเวลา 2,000 ชั่วโงต่อปี

1 Bq/m3 = 0.00445 mJ-h/m3 = 0.00126 WLM

1 mJ-h/m3 = 1.4 mSv

1 WLM = 5 mSv

mJ-h/m3 = millijoule hours/per cubic metre

MBq-h/m3 = megabecquerel hours per cubic meter

จูล (Joule) เป็นหน่วยวัดพลังงาน

1 J = 1 Watt-second = พลังงานจากกำลัง 1 Watt ในเวลา 1 วินาที

1 calorie = 4.2 J

MBq/m3 = megabecquerel per cubic metre

WLM = Working Level Months

 
ถอดความจาก Radiation - Quantities and Units of Ionizing Radiation
เวบไซต์ http://www.ccohs.ca