เกรย์กับซีเวิร์ต และการป้องกันรังสี

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
ฝ่ายจัดการองค์ความรู้
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

 การวัดปริมาณรับรังสี กับการประเมินผล
          สิ่งสำคัญ 2 ประการสำหรับ การป้องกันรังสี (radiation protection) ได้แก่ การวัดปริมาณรังสีที่ร่างกายดูดกลืน และการประเมินความเสี่ยงของการได้รับรังสีในปริมาณนั้น ดังนั้น จึงต้องมีหน่วย 2 อย่าง สำหรับการวัดและการประเมินในเชิงปริมาณ คือ เกรย์ (gray ย่อว่า Gy) และ ซีเวิร์ต (sievert ย่อว่า Sv)

การที่ร่างกายได้รับรังสีเป็นปริมาณเท่าใด คิดเฉพาะปริมาณรังสีที่ร่างกายดูดกลืนเอาไว้
          หากรังสีแกมมาผ่านทะลุร่างกายของเราไป โดยพลังงานของมันไม่ถูกร่างกายของเราดูดกลืน (absorb) ไว้เลย ปริมาณรังสีที่ร่างกายของเราได้รับก็เท่ากับ “ศูนย์” ดังนั้น “ปริมาณรับรังสี” (radiation dose) จึงหมายถึงปริมาณรังสีที่ร่างกายของเราดูดกลืนเอาไว้จริงเท่านั้น

ปริมาณรังสีดูดกลืน (absorbed dose) วัดเป็นเกรย์ (gray)
          เกรย์ เป็นหน่วยวัด ปริมาณรังสีดูดกลืน (absorbed dose) เมื่อ รังสีชนิดก่อไอออน (inonising radiation) เช่น รังสีแอลฟา รังสีบีตา รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ หรือ อนุภาคนิวตรอน สัมผัสกับสสารหรือวัตถุใด มันจะชนเข้าไปที่อะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุนั้น และสิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ รังสีจะถ่ายโอนพลังงานของมันบางส่วนหรือทั้งหมดให้อะตอมเหล่านั้น เมื่อมองในด้านอะตอมของวัตถุ พลังงานปริมาณที่รับถ่ายโอนมานี้ก็คือ ปริมาณรังสีดูดกลืน และวัดเป็นเกรย์ ตั้งขึ้นตามชื่อของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อว่า หลุยส์ แฮโรลด์ เกรย์ (Louis Harold Gray) ซึ่งมีนิยามว่า เป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ถ่ายโอนต่อมวลของวัตถุ โดยกำหนดให้ 1 เกรย์ เท่ากับ พลังงาน 1 จูล (joule) ต่อมวล 1 กิโลกรัมของวัตถุ ดังนั้น เมื่อเราได้รับรังสี สมมติว่าร่างกายของเราดูดกลืนพลังงานของรังสีนั้นเอาไว้ 2 จูล (พลังงานปริมาณนี้เทียบได้กับพลังงานที่ใช้ในการ “เตะส่งบอลเบา ๆ”) สมมติต่อไปว่าถ้าเรามีน้ำหนักตัว 50 กิโลกรัม ในกรณีนี้เราาจะได้รับปริมาณรังสีดูดกลืนเท่ากับ 2 จูล หารด้วย 50 กิโลกรัม ผลลัพธ์คือ 0.04 จูลต่อกิโลกรัม หรือเท่ากับ 0.04 เกรย์ นั่นเอง

ปริมาณรังสีสมมูล (equivalent dose) มีหน่วยเป็นซีเวิร์ต (sievert)
          รังสีที่ร่างกายดูดกลืนไม่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของรังสี จากตัวอย่างเดิม ไม่ว่าจะเป็นรังสีแอลฟา บีตา หรือแกมมา รังสีดูดกลืนก็คือ 0.04 เกรย์เท่ากัน แต่รังสีแอลฟา 0.04 เกรย์ ทำอันตรายต่อร่างกายมากกว่ารังสีแกมมา 0.04 เกรย์ โดยจากผลการค้นคว้าของเหล่านักวิทยาศาสตร์ ต่างเห็นพ้องต้องกันว่า ปริมาณรังสีดูดกลืนเท่ากัน รังสีแอลฟาทำอันตรายต่อร่างกายเราได้มากกว่ารังสีแกมมาถึง 20 เท่า ดังนั้น รังสีดูดกลืนที่ร่างกายได้รับ 0.04 เกรย์ หากมาจากการดูดกลืนรังสีแอลฟา ก็ต้องคูณ 0.04 ด้วย 20 ซึ่งเท่ากับ 0.8 นี่เรียกว่า “ปริมาณรังสีสมมูล” มีหน่วยคือ “ซีเวิร์ต” (sievert) ซึ่งตั้งขึ้นตามชื่อของ รอล์ฟ ซีเวิร์ต (Rolf Sievert) นักฟิสิกส์ชาวสวีเดนผู้บุกเบิกด้านการป้องกันรังสีชนิดก่อไอออน

          เพื่อให้ดูขลังสักหน่อย จะให้สูตรคำนวณ ปริมาณรังสีสมมูลไว้ด้วย ดังต่อไปนี้

          โดย     H_T       คือ ปริมาณรังสีสมมูลของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะใด ๆ
                    D_T,R     คือ ปริมาณรังสีดูดกลืนของรังสีแต่ละชนิดในเนื้อเยื่อหรืออวัยวะใด ๆ
                    W_R      คือ ตัวประกอบเชิงคุณภาพ หรือ ตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดรังสี

          สรุปว่า ปริมาณรังสีสมมูลมีหน่วยเป็นซีเวิร์ต และมีค่าเท่ากับปริมาณรังสีดูดกลืนมีหน่วยเป็นเกรย์ คูณด้วยตัวเลขตัวหนึ่ง ซึ่งตัวเลขนี้ที่มีค่ามากกว่าก็จะทำอันตรายเราได้มากกว่า ตามปกติตัวเลขนี้เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ ‘Q’ มาจาก ‘ตัวประกอบคุณภาพ’ (quality factor) ทั้งนี้ รังสีแต่ละชนิดจะมีค่า ‘Q’ แตกต่างกัน แต่ในปัจจุบันจะพบเรียกว่า “แฟกเตอร์ถ่วงน้ำหนักตามชนิดรังสี” หรือ “ตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดรังสี” (radiation weighting factor)

          เมื่อมีผู้ถามท่านว่า คนนั้นคนนี้ได้รับปริมาณรังสีเท่าใด ตามปกติคำตอบก็จะเป็นเท่านั้นเท่านี้ซีเวิร์ต ซึ่งแสดงว่าไม่ต้องสงสัยต่อไปว่าปริมาณรังสีนี้เกิดจากรังสีชนิดใด เพราะปริมาณรังสีตามหน่วยนี้คำนวณจากค่าของ ตัวประกอบเชิงคุณภาพ (Q) หรือเรียกอีกอย่างว่า ตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดรังสี ซึ่งได้คิดรวมชนิดของรังสีเอาไว้แล้ว

          ถึงตรงนี้ เราสามารถประเมินผลของการรับรังสีได้ในระดับหนึ่ง คือ ทราบว่าร่างกายของเราได้รับรังสีมากน้อยเท่าใดจากพลังงานจากรังสีที่ร่างกายของเราดูดกลืนไว้ ที่เรียกว่า ปริมาณรังสีดูดกลืน และยังพอทราบอีกด้วยว่า ปริมาณรังสีที่ร่างกายเราดูดกลืนไว้นั้น จะทำอันตรายต่อเราในระดับใด ซึ่งก็ขึ้นกับชนิดของรังสี แต่ร่างกายของเราไม่ได้แข็งแกร่งเท่ากันตลอดร่างกาย สังเกตไหมว่า โดนชกที่ตาเจ็บกว่าโดนชกที่แขน นั่นแสดงว่า นอกจากชนิดของรังสีแล้ว ยังมีอีกแฟกเตอร์หรือตัวประกอบหนึ่ง ที่เราต้องคำนึงถึงเมื่อร่างกายของเราได้รับรังสี

ปริมาณรังสียังผล (effective dose) ก็มีหน่วยเป็น “ซีเวิร์ต” เช่นกัน
          นักฟิสิกส์ได้พัฒนา “ตัวชี้บอก” ที่ยอดเยี่ยมมากขึ้นมาตัวหนึ่ง เรียกว่า “ปริมาณรังสียังผล” (effective dose) ซึ่งก็มีหน่วยเป็น “ซีเวิร์ต” เช่นเดียวกับปริมาณรังสีสมมูล ทั้งนี้ก็เพราะมันคือผลรวมของปริมาณรังสีสมมูลของแต่ละอวัยวะของร่างกายเรา แต่เป็นปริมาณรังสีสมมูลที่ต้องปรับเทียบด้วยตัวประกอบตาม “สภาพไว” (sensitivity) ของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อต่าง ๆ เสียก่อน ปริมาณรังสียังผล คำนวณได้จาก “ปริมาณรังสีดูดกลืน” (absorbed dose) มีหน่วยเป็น “เกรย์” (Gy) ที่เนื้อเยื่อและอวัยวะต่าง ๆ ที่ได้รับรังสีและดูดกลืนพลังงานจากรังสีนั้น (บางส่วนหรือทั้งหมด) เอาไว้ คูณกับ “แฟกเตอร์หรือตัวประกอบถ่วงน้ำหนัก 2 ตัว” ซึ่ง ตัวประกอบตัวแรก คำนึงถึง ชนิดของรังสี (รังสีแอลฟา บีตา แกมมา และอนุภาคนิวตรอน) กับช่องทางรับรังสี (การรับรังสีภายนอกหรือภายในร่างกาย) ซึ่งผลคูณแรกนี้ก็คือ “ปริมาณรังสีสมมูล” และ ตัวประกอบตัวที่ 2 ซึ่งคำนึงถึง “สภาพไว” ของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อ ซึ่งจะเกิดความเสียหายไม่เท่ากัน แม้จะดูดกลืนรังสีไว้ในปริมาณเท่ากัน เรียกว่า “แฟกเตอร์หรือตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดเนื้อเยื่อหรืออวัยวะ” ได้ผลคูณสุดท้ายที่เรียกว่า “ปริมาณรังสียังผล” นั่นเอง

          จากตัวอย่างเดิม ที่สมมติว่าเราได้รับรังสีแอลฟา แต่จะสมมติว่าเราได้รับรังสีนี้เข้าไปที่ “ตับ” ซึ่งพวกนักวิทยาศาสตร์เขามีมติกันแล้วว่า ตับมีค่าของตัวประกอบถ่วงน้ำหนักเท่ากับ 0.05 ดังนั้น ปริมาณรังสียังผลก็เอา ปริมาณรังสีสมมูลที่คำนวณไว้ตอนต้นแล้ว คือ 0.8 ซีเวิร์ต มาคูณกับตัวเลข 0.05 (ซึ่งเป็นตัวเลขไม่มีหน่วย) ได้เป็น ปริมาณรังสียังผลเท่ากับ 0.04 ซีเวิร์ต

          ข้างบนนี้เขียนเป็นสมการได้ว่า

          โดย     E        คือ ปริมาณรังสีสมมูล
H_T     คือ ปริมาณรังสีสมมูลของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะใด ๆ
W_T      คือ ตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดเนื้อเยื่อหรืออวัยวะ

	อย่าลืมว่า จากข้างต้นเรามีอยู่ก่อนแล้วว่า

และ

          สรุปว่า ซีเวิร์ต เป็นหน่วยที่ ประเมินความเสี่ยงทางชีวภาพจากการได้รับรังสี โดยเป็น “หน่วยเดี่ยว” ที่บอกถึงความเสี่ยงของ “ผลชัดเจน” (stochastic effects) ที่เกิดขึ้น อันเนื่องมาจากสถานการณ์รับรังสีที่เป็นไปได้ทุกอย่างแล้ว