線量の単位と測定（吸収線量・カーマ・照射線量・電離箱）

放射線物理学シリーズの最後は、線量です。この分野は国家試験でいちばん出題が多く、似た名前の量がたくさん出てくるので混乱しがちです。

でも整理の軸は2つだけです。「何を測っているか」と「どの放射線に使えるか」。この2点で並べると、5つの量の関係がすっきりします。

5つの線量：何を測り、何に使えるか

放射線が物質にエネルギーを渡す流れは、光子が来る → 電子をはじき出す → その電子が物質にエネルギーを置いていくという順番です。どの段階を測るかで、量の名前が変わります。

図1：線量の種類と、それぞれが測っている段階。吸収線量だけがすべての放射線・すべての物質に使える。

とくに大事なのが、「どの放射線に使えるか」の制限です。

W値は、気体中でイオン対を1つ作るのに必要な平均エネルギーです。空気ではおよそ 34 eV。

この値があると、照射線量（電荷）とカーマ（エネルギー）を換算できます。電荷1クーロンあたりに与えられたエネルギーが $W/e$ で、空気のW値34 eVは 34 J/C に相当します。

$K_{\text{air}} = X \cdot \frac{W}{e} = X \times 34 \quad [\text{Gy}]$

電離箱は、空洞内の空気が電離されてできた電荷を集めて測る装置です。ここでの鉄則は、測定値は「空洞内にある空気の質量」で決まるということです。

空気の質量＝密度 × 体積なので、次の関係が導けます。

印加電圧については、電離箱は飽和領域で使うので、電圧を上げても電離電流はほとんど変わりません。

測定時の温度・気圧は日によって変わるので、基準条件（22.0℃・101.3 kPa）に揃える補正をします。

$k_{TP} = \frac{273.2 + T}{273.2 + 22.0} \times \frac{101.3}{P}$

温度が高い・気圧が低いほど空気が薄くなり、電離量が減ります。それを補うので、補正係数は1より大きくなります。

電離箱で測れるのは空洞内の空気の吸収線量ですが、知りたいのは水や組織の吸収線量です。この2つを結びつけるのがブラッグ・グレイの空洞理論です。

図2：ブラッグ・グレイの空洞理論。空洞は二次電子の飛程より十分小さく、電子の流れを乱さない。換算に使うのは質量衝突阻止能の比。

成立する条件は次の2つです。

このとき、2つの物質の吸収線量の比は、質量衝突阻止能の比になります。

$\frac{D_{\text{水}}}{D_{\text{空気}}} = \left(\frac{S_{\text{col}}/\rho\ の水}{S_{\text{col}}/\rho\ の空気}\right)$

質量エネルギー吸収係数の比ではありません。 ここが国家試験の最大のひっかけどころです。理屈で考えると、空洞を通り抜けているのは電子なので、電子に関する量である阻止能で換算するのが自然だと分かります（質量エネルギー吸収係数は光子に関する量です）。

ここまでの吸収線量は物理量でしたが、人体への影響を評価するには2段階の重みづけが必要です。

どちらも単位はシーベルト（Sv）です。吸収線量のグレイ（Gy）とは意味が違うので、区別が重要です。

これで放射線物理学シリーズは完結です。過去問での問われ方は、過去問解説の記事一覧や国家試験まとめから確認できます。