Nuclear Science
STKC 2555

ความเป็นมาของหน่วยซีเวิร์ต

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
ฝ่ายจัดการองค์ความรู้
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

          ซีเวิร์ต (sievert) เป็นหน่วยเอสไอพิเศษ โดยเป็นหน่วยของ “ปริมาณรังสีสมมูล” (dose equivalent) ที่นักฟิสิกส์สุขภาพ (health physicist) ใช้กัน เพื่อการปกป้องไม่ให้เราได้รับรังสี เช่น รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา มากเกินไป หน่วยนี้ใช้สัญลักษณ์ “Sv” ในการประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยการชั่งตวงวัด หรือ CGPM (ย่อมาจากภาษาฝรั่งเศส Conference generale des poids et mesures  หรือตรงกับภาษาอังกฤษว่า General Conference on Weights and Measures) ครั้งที่ 16 คณะกรรมการได้บรรจุหน่วยนี้เป็นหน่วยเอสไอเมื่อ ค.ศ. 1979 (มติข้อ 5) โดยตั้งตามชื่อของนักฟิสิกส์ชาวสวีเดนชื่อ รอล์ฟ ซีเวิร์ต (Rolf Sievert: 1896-1966)



รอล์ฟ ซีเวิร์ต (ถ่ายเมื่อปี 1929)

          เรื่องราวต่อไปนี้ เล่าถึงวิวัฒนาการของหน่วยวัดรังสีโดยย่อ

          หน่วยซีเวิร์ตวัดเป็น จูลต่อกิโลกรัม หรือหากวัดตามหน่วยพื้นฐานของเอสไอ ก็คือ


          ดังนั้น จึงมีมิติ (dimension) เป็น (ความยาว)2/(เวลา)2

          เมื่อสิ่งใด ๆ ดูดกลืนรังสีไว้ พลังงานจะสะสมอยู่ในสิ่งนั้น ซึ่งสามารถวัดพลังงานปริมาณนี้ได้ ดังนั้น หากเป็นร่างกายของเราได้รับรังสีชนิดก่อไอออน (ionizing radiation) เช่น รังสีแอลฟา รังสีบีตา รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ และอนุภาคนิวตรอน กล้ามเนื้อในร่างกายของเราก็จะสะสมพลังงานจากรังสีเอาไว้ ปริมาณรังสีที่ได้รับนี้ (dose) สามารถแสดงว่าเท่ากับกี่ จูล/กิโลกรัม ได้ ซึ่งนักฟิสิกส์มีชื่อพิเศษสำหรับเรียกปริมาณ 1 จูล/กิโลกรัม ว่า “เกรย์” (gray)
แน่นอนว่าการวัดปริมาณของพลังงานที่เนื้อเยื่อดูดกลืนรังสีชนิดก่อไอออนไว้นี้ ยังไม่เพียงพอต่อการนำมาทำนายว่าจะก่ออันตรายต่อร่างกายของเราได้มากน้อยเพียงใด เนื่องจากรังสีชนิดก่อไอออนมีอยู่หลายชนิด รวมถึง รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา จากหลักฐานที่รวบรวมกันมา

          แสดงว่า รังสีแอลฟาปริมาณ 1 เกรย์ ก่ออันตรายได้มากกว่ารังสีแกมมา 10 ถึง 20 เท่าตัว ตามแต่ว่าพลังงานของรังสีแกมมาเป็นเท่าใด ส่วนรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ก็สามารถก่ออันตรายได้พอ ๆ กับรังสีแกมมา ยกตัวอย่างรังสีชนิดก่อไอออนอีกชนิดหนึ่ง คือ รังสีนิวตรอน หากเป็นนิวตรอนช้า (slow neutrons) หรือว่าเป็นนิวตรอนเร็ว (fast neutrons) สาทารถก่ออันตรายได้มากกว่ารังสีแกมมาประมาณ 5 และ 10 เท่าตัว ตามลำดับ


          เพื่อแสดงขนาดของการได้รับรังสีว่าก่ออันตรายเชิงชีวภาพ (biological damage) เพียงใด นักฟิสิกส์สุขภาพใช้วิธีวัดปริมาณรังสีดูดกลืน (absorbed dose) ว่าเป็นกี่ จูล/กิโลกรัม (กี่ “เกรย์” นั่นเอง) แล้วนำมาคูณกับ “ตัวประกอบเชิงคุณภาพ” (quality factor) ของรังสีแต่ละชนิด           ตัวประกอบเชิงคุณภาพนี้ส่วนหนึ่งได้มาจากการทดลอง อีกส่วนหนึ่งได้มาจากการตัดสินของผู้เชี่ยวชาญ และเป็นตัวเลขที่ไม่มีหน่วย จัดทำขึ้นโดยคณะนักวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่า คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศด้านการป้องกันรังสี (International Commission for Radiation Protection; ICRP)
ตัวประกอบเชิงชีวภาพถูกกำหนดขึ้นมาเพื่อให้ ไม่ว่ารังสีชนิดใดก็ตามที่มีปริมาณ 1 ซีเวิร์ต จะก่ออันตรายเชิงชีวภาพแก่มนุษย์ เท่ากับผลจากการดูดกลืนรังสีเอกซ์ขนาด 1 เกรย์ ทั้งนี้ ซีเวิร์ตเป็นหน่วยที่ใช้วัด “ปริมาณรังสีสมมูล” (dose equivalent) โดยเป็นตัวชี้ว่า ปริมาณรับรังสีชนิดใดก็ตามในหน่วยนี้ จะเท่ากับปริมาณรับรังสีของรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา ซึ่งจะก่ออันตรายเชิงชีวภาพเท่า ๆ กัน หน่วยนี้กำหนดขึ้นมาสำหรับใช้กับปริมาณรังสีในระดับที่ได้รับในทางการแพทย์ หรือในสถานปฏิบัติการทางรังสีทั่วไป “ไม่เหมาะจะใช้ประเมินผลจากอุบัติเหตุการได้รับรังสีระดับสูง”

          คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยหน่วยและการวัดทางรังสี (International Commission on Radiation Units and Measurements: ICRU) และ ICRP เสนอให้ใช้หน่วยซีเวิร์ตเมื่อปี 1977 และผ่านการรับรองจาก การประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยการชั่งตวงวัด ครั้งที่ 16 (16th General Conference on Weights and Measures) เมื่อเดือนตุลาคม ปี 1979 หน่วยซีเวิร์ตนี้มาแทนที่หน่วย “เร็ม” (rem) โดย 100 เร็ม = 1 ซีเวิร์ต ในระยะนั้นการใช้หน่วยเร็มต่อไปก็จะถูกแทรกแซง
เนื่องจากเกิดความสับสนอย่างต่อเนื่องต่อความหมายของซีเวิร์ต ดังนั้นในปี 1984 คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยการชั่งตวงวัด (Comite International des Poids et Mesures; CIPM) ได้ออกเสียงลงมติกันให้เพิ่มเติมคำอธิบายในจุลสารทางการของเอสไอ ดังนี้

          ปริมาณรังสีสมมูล H เป็นผลคูณของ ปริมาณรังสีดูดกลืน D ของรังสีชนิดก่อไอออน กับตัวประกอบไม่มีหน่วย Q (ตัวประกอบเชิงคุณภาพ) และ N (ผลคูณของตัวประกอบอื่นใดproduct of any other multiplying factors) ซึ่ง stipulated โดย ICRP


H = Q x N x D

          ดั่งนี้ สำหรับรังสีใด ๆ ค่าตัวเลขของ H ในหน่วยจูล/กิโลกรัม อาจแตกต่างจากค่าตัวเลขของ D ในหน่วยจูล/กิโลกรัม โดยขึ้นอยู่กับค่าของQ (ตัวประกอบที่ขึ้นอยู่กับชนิดของรังสี) และN (ตัวประกอบนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ) และเพื่อไม่ให้เกิดความสับสนระหว่าง ปริมาณรังสีดูดกลืน D กับปริมาณรังสีสมมูลH จึงให้ใช้ชื่อหน่วยพิเศษกับหน่วยดังต่อไปนี้ ชื่อหน่วย เกรย์ ให้ใช้แทนหน่วยจูล/กิโลกรัมสำหรับหน่วยของปริมาณรังสีดูดกลืน D และชื่อหน่วยซีเวิร์ต ให้ใช้แทนหน่วยจูล/กิโลกรัมสำหรับหน่วยของปริมาณรังสีสมมูล H

          แม้จะมีคำอธิบายเพิ่มเติมดังกล่าว แต่ความสับสนก็ยังไม่หมดไป พอถึงปี 2002 CIPM ก็ตัดสินใจว่า ความแตกต่างระหว่าง Q และ N ยังมีความสับสนกันอยู่มาก จึงให้ตัด N ทิ้งจากนิยามของปริมาณรังสีดูดกลืน ทั้งนี้ Q และ N ปัจจุบันก็คือตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดและพลังงานของรังสี WR (radiation weighting factor) และตัวประกอบถ่วงน้ำหนักตามชนิดของเนื้อเยื่อ WT (tissue weighting factor) ตามลำดับ

ชนิดและพลังงานของรังสี

Q

อิเล็กตรอน โพซิตรอน มิวออน หรือโฟตอน
(รังสีแกมมกา รังสีเอกซ์)

1

นิวตรอน <10 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV)

5

นิวตรอน 10–100 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์

10

นิวตรอน 100 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ – 2 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)

20

นิวตรอน 2 – 20 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

10

นิวตรอน > 20 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

5

โปรตอน นอกเหนือจากโปรตอนสะท้อนกลับ (recoil protons) และ
พลังงาน > 2 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

2

อนุภาคแอลฟา ชิ้นส่วนการแบ่งแยกนิวเคลียส (fission fragments)
นิวเคลียสหนักความเร็วต่ำ (nonrelativistic heavy nuclei)

20

และ

ชนิดของเนื้อเยื่อ

N (เดี่ยว)

N (กลุ่ม)

ผิวกระดูก ผิวหนัง

0.01

0.02

กระเพาะปัสสาวะ เต้านม ตับ หลอดอาหาร ไทรอยด์ อื่น ๆ

0.05

0.30

ไขกระดูก ลำไส้ ปอด กระเพาะอาหาร

0.12

0.48

อวัยวะสืบพันธุ์

0.20

0.20

รวม

1.00

โพสต์เมื่อ : 7 กันยายน 2555